Логвиненко ?. В., Сергеева Э.И. Методы определения осадочных пород

Подождите немного. Документ загружается.

гермы кораллово-водорослевых рифов и атоллов, кораллово-

водорослевые брекчии и галечники пляжей с океанской сто-

роны рифов и атоллов, коралловые, кораллово-водорослево-

фораминиферовые пески пляжей, лагун, атоллов и рифов-

(часто сцементированные — бич-роки), алеврито-пелнтовые и

пелитовые илы лагун и рифов.

5. Фации глубоководного шельфа и верхней части матери-

кового склона — фораминиферовые пески, алевриты и алевро-

пелиты с костями позвоночных и включениями сульфидов

железа.

6. Фации подножья материкового склона и возвышенностей

ложа океана — фораминиферовые пески и алевриты, птсропо-

довые пески и алевриты, птероподово-фораминиферовые пески

и алевриты, кораллово-водорослевые пески и алевриты (вблизи

рифов и атоллов).

7. Фации глубоководного ложа океана — фораминиферовые,

кокколитовые, кокколито-фораминиферовые илы, диатомово-

фораминиферовые и радиоляриево-фораминиферовые илы.

Особо следует отметить кокколитовые илы и осадки, содер-

жащие кокколиты. Основная область их распространения —

абиссальные глубины ложа океана в тропической зоне, однако

они встречаются и на мелководье. Так, содержание кокколитов

до 25—30 % в карбонатных осадках отмечено в некоторых ла-

гунах Индийского океана и в Карибском бассейне у п-ова

Юкатан между сушей и Большим барьерным рифом Кариб-

ского моря.

8. Хемогенные осадки (илы из игольчатого арагонита, ооли-

товые пески) встречаются на банках и отмелях (Багамская

банка, Бермудские острова н др.), в заливах (Персидский за-

лив, зал. Куронг, лагуны Калифорнии, шельф Мексиканского

залива, восточная часть Каспийского моря и др.).

В изучении современных и древних карбонатных отложений

можно отметить несколько крупных проблемных направлений

исследований.

1. Систематизация карбонатных отложений (т. е. унифика-

ция классификаций карбонатных отложений).

2. Изучение сингенетических, диагенетических и катагене-

. тических процессов в карбонатных отложениях, имеющих зна-

чение для выяснения карбонатного породообразования и

в связи с проблемой нефти.

3. Генетический анализ и разработка моделей соотношений

фаций карбонатных отложений.

4. Детальное изучение факторов карбонатонакопления (вы-

яснение роли солености и температуры воды в формировании

и распределении осадков, исследование роли водорослей как:

осадителей карбонатов, значение степени и характера изоляции

участков морского дна в процессе карбонатонакопления.

5. Установление глобальных закономерностей в процессах

карбонатонакопления.

6 Заказ № 1205

161

Классификация. Карбонатные породы — это осадочные об-

разования, на 50 % и более сложенные преимущественно каль-

цитом и (или) доломитом. Это известняки, известковые туфы,

доломиты и породы известково-доломнтового состава. По гене-

зису большинством исследователей различаются от четырех до

пяти больших групп карбонатных пород (табл. 29): 1) органо-

генные, 2) хемогенные, 3) обломочные, 4) смешанные и

5) перекристаллизованные карбонатные породы.

1. Группа органогенных карбонатных пород объединяет по-

роды, карбонатная часть которых на 50 % и более представ-

лена органическими остатками. Они подразделяются по груп-

повому составу, целостности и размерам органических остат-

ков. В особую подгруппу выделяются фитогенные карбонатные

породы — водорослевые и микрофитолитовые. Водорослевые

более чем на 50 % сложены сине-зелеными и зелеными водо-

рослями. К ним же условно относятся и онколитовые, строма-

толитовые и онколито-строматолитовые породы. К микрофито-

литовым принадлежат сгустковые, комковатые, пятнистые и

другие разновидности.

2. К группе хемогенных карбонатных относят породы, в ко-

торых основная составная часть (более 50%) возникла в ре-

зультате физико-химических процессов. Среди них выделяются

мелкозернистые породы с размером зерен 0,05—0,005 мм, пелп-

томорфные (<0,005 мм), оолитовые, состоящие из микрокон-

креций с концентрическим и радиально-лучистым строением

(оолитов) размером от долей до нескольких миллиметров

(рис. 48), псевдооолитовые (оолиты лишены правильного внут-

реннего строения) и известковые туфы и травертины, образу-

ющиеся на выходах минеральных источников.

3. Группа обломочных карбонатных пород включает по-

роды, карбонатная часть которых на 50 % и более состоит из

обломков карбонатных пород, сцементированных карбонатным

цементом. Они подразделяются по размерам и форме обломков

согласно градациям, принятым в классификации обломочных

пород. Среди них выделяются известняковые или доломитовые

брекчии, конгломераты, гравелиты, песчаники (рис. 49) и

алевролиты.

4. Группу смешанных карбонатных пород составляют по-

роды, состоящие из разнородных элементов (хемогенные фор-

менные элементы, органические остатки, обломки карбонатных

пород). Содержание каждого из них менее 50%, но в сумме

они составляют более 50 %, превышая количество зернистого

карбонатного цемента. Такими породами будут обломочно-фи-

толитовые, комковато-органогенные, оолито-органогенные и др.

5. Особую группу составляют измененные — перекристал-

лизованные карбонатные породы, могущие возникать из карбо-

натных пород самого различного происхождения. Перекристал-

лизация происходит . при процессах катагенеза и метагенеза.

В результате возникают кристаллически-зернистые, мраморизо-

162

Рис. 48. Оолитовый известняк. В центре оолитов- зерна кварца и

обломки раковин.

Крым. Бахчисарайский район, с. Куппышево. мел. Увел. 30". пнколь I.

Рис. 49. Мелкозернистый известняковым песчаник с вкрапленностью

аутигенного пирита (черное).

Увел. 30

, ннколн скрещены.

163

Схема классификации

(По В. Н. Киркинской [1973 г.],

Известняки, доломиты н породы смешанного

и более состоят из карбонатных

Биогермные,

кораллово- водо-

рослевые и во-

дорослево-ко-

ралловые

По группо-

вому соста-

ву органи-

ческих ос-

татков

По целост-

ности орга-

нических ос-

татков

По размеру

органичес-

ких остат-

ков

Водоросле-

вые

Микрофито-

литовые

Брахиоподо-

вые. мшанко-

вые, криноид-

ные, форами-

ниферовые,

криноидно-

фораминифе-

ровые, корал-

ловые

Биогермные,

цельнорако-

винные, или

биоморфные

Крупнодетри-

товые (более

обломков

> 1 мм), мелко-

детритовые (бо-

лее 50 % облом-

ков 1—0,1 мм),

шламовые (бо-

лее SO

O облом-

ков < 0,1 мм),

несортирован-

ные

Кокколитовые

илы, мел, он-

колитовые,

строматолито-

вые

Сгустковые,

комковатые,

пятнистые,

сферолитовые

164

ТАБЛИЦА 29

карбонатных пород

с дополнениями авторов)

Пелитоморф-

ные (<0,005 мм),

микрозерни-

стые (0.,05—

0,005 мм), ооли-

товые (более

50 W оолитов),

псевдооолито-

вые, пизолито-

вые, сфероли-

товые, извест-

ковые туфы,

травертины

Псефитовые

(>1 мм), псам-

митовые (1—

0.05 мм) алев-

ритовые (0,05—

0,005 мм)

Органогенно-

обломочные,

оолитово-обло-

мочные, орга-

ногенно-ооли-

товые, обло-

мочно-микро-

фитолитовые,

комковато-ор-

ганогенные и

Др.

Грубозерни-

стые (>1 мм),

крупнозерни-

стые(1— 0,5 мм),

среднезерни-

стые (0,5—

0,25 мм) мелко-

зернистые

(0,25—0.05 мм)

Мергель, пес-

чанистые. але-

вритовые, гли-

нистые извест-

няки и доломи-

ты и др.

165

ванные породы и мраморы с зернами разного размера: грубо-

(>1 мм), крупно- (1—0,5 мм), средне- (0,5—0,25 мм), мелко-

го, 25—0,005 мм), микрозернистыс (0,05—0,005 мм).

Кроме перечисленных авторы предлагают выделить как

самостоятельные группы и подгруппы: оргаиогеино-обломочные

и породы переходные между карбонатными и обломочными,

в которую попадают такие важные породы, как мергели и др.,

а также подгруппу смешанных фитозоогенных в группе органо-

генных, в которую включаются биогермы водорослево-коралло-

вых рифов (см. табл. 29).

В разные годы различными исследователями делались по-

пытки использовать структурные особенности карбонатного

материала для оценки степени изменения пород. Известна

классификация В. Б. Татарского [1959 г.], подразделяющего

структуры по размеру зерен карбонатного материала па кол-

лоидные (<0,001 мм), тонко- (0,01—0,001 мм), мелко- (0,05—

0,01 мм), средне- (0,25—0,05 мм), крупно- (1,0—0,25 мм) и

грубозернистые (>1 мм).

Первичными структурами являются коллоидальные и тонко-

зернистые (седиментационные и ранпедиагенетическис) и мел-

козернистые (диагенетические); вторичными — крупно- и гру-

бозернистые, которые возникли при эпигенезе, и грубозерни-

стые, возникшие при процессах метаморфизма.

Среди существующих схем классификаций карбонатных по-

род по составу необходимо выделить классификации, предна-

значенные для подразделения пород ряда известняк — доломит,

и классификации для так называемых переходных пород ряда

карбонатные породы — обломочные породы (песчаники, алев-

риты, глины). К первым относятся классификации Al. Э. Ноин-

ского [1913 г.], Г. И. Теодоровича [1935 г.], С. Г. Вишнякова

[1933 г.], И. М. Страхова [1953 г.], ко вторым — Л. Г. Пустова-

лова [1940 r.j, М. С. Швецова [1948 г.], И. В. Хворовой [1957 г.],

В. Н. Доминиковского [1958 г.], Г. И. Теодоровича [1958 г.].

Для разделения пород по составу в ряду известняк — доломит

чаще всего используется классификация С. Г. Вишнякова

(табл.30).

В составе карбонатных пород помимо карбонатных минера-

лов могут принимать участие глинистый и терригенный мате-

риал (алевритовый, песчаный, гравийный). При количестве их

до о % карбонатные породы относятся к чистым разностям.

Более высокое содержание обязательно отражается в названии

породы (табл. 31 и 32). Присутствие других минералов (ангид-

рит, гипс, фосфаты и др.) в количестве до 25 % отражается

в названии карбонатной породы с указанием процентного со-

держания примеси. Более высокое содержание (25—50 %)

заставляет давать ей двойное название: фосфатно-известковая

порода, ангидрито-доломит и др.

Число методик, используемых для изучения карбонатных

отложений весьма велико. Карбонатные породы характеризуют

166

ТАБЛИЦА 30

Классификация известково-доломитовых пород

(по С. Г. Вишнякову [1933 г.])

Порода

CaCO.,, % CaMg (CO

)

, и

Известняк 95-

-100 0 -5

Доломитистый известняк 75--95

-25

Доломитовый известняк 50-

-75

25-

-50

Известковый доломит

25-

-50 50-

-75

Известковистый доломит 5-

-25

75-

-95

Доломит

-5 95-

-100

ТАБЛИЦА 3)

Классификация глинисто-карбонатных пород

(по С. Г. Вишнякову

[

1933 г.])

Порода Глина, % 4

Карбонатны!:

материал

Известняк, доломит

0-5

95—100

Глинистый известняк, глини-

5—25 75-95

стыи доломит

Мергель, доломитовый мер-

25—75 25-75

гель

Известковая глина, доломито- 75—95

25-5

вая глина

Глина 100—95

0-5

ТАБЛИЦА 32

Классификация карбонатных пород, обогащенных терригенным материалом

(по;Н. В. Логвиненко [1974])

Порода

Терригенный Карбонатный

Порода

материал, % материал, ?ί

Известняк, доломит

0-5

95—100

Галечный, гравийный, песчаный, алевритовый

5—50 50—95

или глинистый известняк (мергель) или доломит

. Известковый или доломитовый конгломерат,

50—95 5—50

гравий, песчаник, песок, алеврит, известковая

глина, известковый аргиллит, известковый глини-

стый сланец и др.

Конгломерат, гравий, песок, песчаник, алевро-

лит, алеврит, глина, аргиллит, глинистый сланец

0—5

Конгломерат, гравий, песок, песчаник, алевро-

лит, алеврит, глина, аргиллит, глинистый сланец

и др.

167

макроскопически и с помощью петрографического анализа

в шлифах. Затем их состав, определяют химическим и иммерси-

онным методом, с помощью термического анализа, электронной

микроскопией и рентгеноструктурный анализом. В последние

годы для изучения карбонатных пород используется люминес-

центный и термолюминесцентный анализы.

1. МАКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ

Характеристика карбонатных пород дается по общей схеме

(см. гл. II). Прежде всего определяется название породы. Для

оценки состава используют 5%-ную соляную кислоту и лупу.

Известняки бурно вскипают в HCI. Крупнокристаллические

доломиты с 5 и даже с 10%-ной HCl не вскипают, мелкокри-

сталлические доломиты сначала впитывают кислоту, а затем

медленно выделяют пузырьки газа, пелитоморфные доломиты

с HCl вскипают. Доломитовая мука вскипает бурно. Анке-

риты реагируют сходно с доломитами или несколько слабее,

сидериты не вскипают и в порошке. Для карбонатных пород

важно отмечать цвет как на свежем изломе, так и на выветрс-

лой поверхности. Желтый или красный цвет ее часто свиде-

тельствует о наличии железистых карбонатов, а белесая

окраска — о чистых известняках. При визуальном описании

карбонатных пород в полевых условиях можно пользоваться

схемой (табл. 33).

В качестве диагностических реакций для отличия известня-

ков и доломитов можно использовать следующие.

Реакция Хиндена. Истертая в порошок порода (1 г) высы-

пается в пробирку с раствором Fe

Cle (5 см

), пробирку закры-

вают и взбалтывают. Чистый доломит вызывает помутнение

раствора, но после отстаивания раствор снова становится про-

зрачным, цвет его не меняется. При наличии примеси кальцита

раствор приобретает красноватый оттенок. Известняк вызывает

обильное выделение пузырьков газа и появление студенистого

коричневато-красного цвета осадка.

Реакция Войслова. Порошок карбонатной породы раство-

ряют при слабом нагревании в соляной кислоте без избытка.

К отфильтрованному раствору добавляют аммиак. Еели в по-

рошке содержание MgO<3 %—осадка не образуется, если

MgO>3%, выпадает осадок гидрата окиси магния.

Структура карбонатных пород макроскопически может быть

охарактеризована с разной степенью детальности. Крупно-сред-

незернистые структуры видны невооруженным глазом, более

мелкие не различаются между собой. В пршнлифовках при

смачивании поверхности водой или другими жидкостями

удается выявить особенности строения, незаметные невоору-

женным глазом. Об особенностях структуры нередко можно

судить по излому породы. Микрозернистые имеют землистый

168

Схема Ьизуального Определения карбонатных пород 6 полевых условиях

ТАБЛИЦА 33

Карбонатные породы

(компоненты породы

обычно видны простым

глазом или в лупу,

реже неразличимы

даже в лупу)

Рыхлые -«-Вскипают

Сцементирован-

ные

Метаморфизован-

ные перекри-

сталлизованные

Вскипают

Не вскипают

Вскипают

Не вскипают

Ракушечник

Раковинный песок

Фораминнферовый и другие карбо-

натные илы

Известняки

Доломитовые известняки

Мел

Мергель

Пелитоморфные доломиты

Доломиты

Сильно окремнелые доломиты и из-

вести яки

Кристаллически-зернистые и мра-

моризованные известняки (зерна

видны простым глазом или в лупу)

Кристаллически-зернистые мрамо-

ризованные доломиты (зерна видны

простым глазом или в лупу)

частицы >1 мм

1—0,05 мм

<0,05 мм

В воде не размокают и

не распадаются за исклю-

чением некоторых разно-

видностей мела и мергеля

В воде не размокают и

не распадаются

То же

Примечание. Реакция вскипания с соляной кислотой.

излом, средне-крупнозернистые имеют кристаллический свер-

кающий излом.

Текстуры карбонатных пород отличаются большим разно-

образием: широко распространены неслоистые и слоистые по-

роды, обладающие горизонтальной, косой и волнистой слоисто-

стью. Нередки биогенные и эпигенетические текстуры (замеще-

ния, растворения, стилолитовые и сутурные).

Некарбонатная примесь, представленная песчано-алеврито-

вым обломочным материалом, устанавливается под лупой срав-

нительно легко. Глинистая примесь проявляется в темно-серых

окрасках и в мягкости породы. Широко распространен полевой

метод определения глинистости — темное пятно после действия

соляной кислоты.

2. МИНЕРАЛОГО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Изучение в шлифах является обязательным этапом в иссле-

довании карбонатных пород. С помощью микроскопического

исследования можно определить: 1) вещественный состав кар-

бонатных пород, 2) структуру и текстуру пород, 3) микроско-

пические органические остатки, 4) количество и состав при-

месей.

Среди карбонатных минералов в качестве породообразую-

щих встречаются кальцит, доломит, сидерит. Анкерит, магнезит

и другие карбонаты встречаются чаще всего в виде примеси,

нередко существенной.

В шлифах карбонатные минералы характеризуются бесцвет-

ной или желто-бурой и розовато-бурой окраской. Их диагно-

стическими признаками являются сильное двупреломление

(перламутровые или белые высшего порядка цвета интерфе-

ренции), ярковыраженная псевдоабсорбция (изменение рель-

ефа при вращении столика микроскопа благодаря большой

разнице в показателях преломления) и весьма совершенная

спайность по ромбоэдру. Большинство их одноосные, отрица-

тельные.

Возможность определения отдельных карбонатных минера-

лов в шлифах ограниченна. Она основывается главным обра-

зом на различиях в кристаллизационной силе карбонатных

минералов, выражающейся в их форме, а также на различиях

в окраске, силе двупреломления и показателях преломления.

Кристаллизационная сила наименьшая у кальцита, значительно

больше у доломита и максимальная у сидерита. Отсюда форма

зерен у кальцита чаще всего неправильная, лапчатая, у доло-

мита— ромбоэдрическая, (рис. 50), часто зональная, у сиде-

рита — субромбоэдрическая.

Наличие или отсутствие двойниковой структуры также по-

могает определению карбонатных минералов: для кальцита

характерны полисинтетические двойники, у всех остальных ми-

нералов они или отсутствуют, или встречаются редко.

170