Петтиджон ?. Дж. Осадочные породы

Подождите немного. Документ загружается.

Фосфатные песчаники. Фосфатное вещество, обычно обозначаемое

термином ко л л о φ а н, — слабо упорядоченный карбонатный фтора-

патит, который может служить цементом песка или слагать каркас

или его часть.

Многие пески содержат мелкие фосфатные обломки, например

обломки фосфатных скелетов, реже фосфатные желваки или зерна.

Глауконитовые пески (см. табл. 7-11) часто обогащены фосфатным

веществом. В некоторых песках фосфаты образуют цемент, друзовые

«рубашки» на кварцевых зернах либо микрокристаллическое выполне-

ние пор [35, 54]. Некоторые фосфориты (см. рис. 11-31) сами являют-

Рнс. 7-26. «Известняк» Кау-Крпк (мел), близ Фредернксберга, штат Техас. По [238].

Ннколн скрещены, X 22.

Состоит нз полуокатанного обломочного кварца, обломков скелетов (волокнистой структуры) я мн

ьритовых карбонатных аерен, сцементированных кальцитом

Рнс. 7-27. Докембрийский пирнтсодержащнй кварцит, бассейн Ранд, Южная Африка.

Николи скрещены, X 22.

Обломочный пирит переслаивается с кварцевым песком

ся «песками», состоящими из зерен фосфата нлн ооидов, которые могут

смешиваться в различных пропорциях с обломочным кварцем.

Калькареиитовые песчаники. Песчаники, особенно кварцевые аре-

ниты, могут постепенно переходить в калькареиитовые известняки.

Переходной формой служит смесь обломочного кварца и карбонатных

обломков, скелетных и оолитовых форм (рис. 7-26). Для обозначения

таких песчаников введен термин калькаренитовый песчаник,

чтобы отличать их от известковнстого песчаника. Последний-

термин применяется к обычным песчаникам с карбонатным цементом.

Следует также отличать калькареннты н калькареиитовые песчаники-

от к а л ь к л и τ ит о в — лититовых песчаников с терригенным карбо-

натным обломочным материалом.

Современные пески некоторых областей представлены смесью

биохимического илн химического карбонатного обломочного материала'

с обычным кварцевым песком. На восточном побережье Флориды квар-

цевый материал прибрежным течением переносится в южном направле-

нии и смешивается с обломками раковин местного происхождения. На»

302-

северных участках в песке доминирует кварц, южнее отмечается пре-

обладание карбонатного материала [204].

Примерами древних пород этого типа являются калькареиитовые

пески миссисипского возраста Лойалхана в Пенсильвании [1] и

Гринбрир в Западной Виргинии [254]. Породы свиты Лойалхана на

40—45% состоят из кварца, 25% — обломочных карбонатов и 30%

карбонатного цемента. Химический состав этих пород приводится

в табл. 7-11. Формация Кау-Крик (мел), развитая вблизи Фредерик-

сберга, штат Техас (см. рис. 7-26), также сложена калькаренитовым

песком, вероятно, представляющим собой пляжевые отложения.

Пески россыпей. Пески россыпей образуют небольшую, но минера-

логически очень интересную группу песков. Несмотря на малый их

объем, они часто имеют большую промышленную ценность из-за нали-

чия в них титана, циркония и тория. Россыпи представляют собой

локальные скопления, образовавшиеся в результат деятельности рек

и пляжевых процессов. Они имеют небольшое площадное распростра-

нение и характеризуются незначительной мощностью, редко более

1—2 м.

Многочисленны примеры современных пляжевых россыпей. Напри-

мер, россыпные пески Орегона [124] содержат местами скопления

хромита; россыпи во Флориде разрабатываются с целью получения

ильменита, циркона и рутила [203]. Известны и разрабатываются так-

же древние «ископаемые» россыпи, например, содержащие рутил пески

Кохаиси (плиоцен) в Ныо-Джерси [202] и верхнемеловые титаиомаг-

нетитовые пески Монтаны [283].

Весьма необычным типом песчаника являются докембрийские пес-

чаники бассейна Ранд в ЮАР, которые содержат тонкие прослои

обломочного пирита [246] (рис. 7-27).

Итаколумит. Итаколумит представляет собой характерный кварце-

вый сланец, названный по горе Итаколуми в Бразилии. Холмс [146]

приписывает название Гумбольдту. Итаколумит состоит из сцепленных

кварцевых зерен и некоторого количества слюды, он обладает опре-

деленной гибкостью, поэтому его часто называют «гибким песчаником»

[44, 109]. Возможно, это метаморфическая порода, а не песчаник.

Итаколумит встречается также в Северной Каролине [96].

Диагенез песчаников

Вскоре после накопления в песках начинается процесс старения,

который существенно изменяет их свойства. Это уже не рыхлый зернис-

тый материал, он превращается в плотную литифицированную породу.

Старение — сложный процесс, еще полностью не изученный. Частично

это чисто механические явления: раскалывание зерен, изгибание и

деформация обломков слюды, раздавливание менее прочных пелитовых

зерен, но в основном это химический процесс, он включает растворение,

переотложение, разложение и интергранулярные реакции. Перераспре-

деление материала, например растворение кварца в одном месте и

выпадение в другом, ведет к цементации и уменьшению порового

лространства. Менее устойчивые зерна каркаса разрушаются и теряют

свои свойства, превращаясь в микрокристаллический матрикс, который

может взаимодействовать с другими более устойчивыми зернами. В ре-

зультате комплексного воздействия растворения под давлением, де-

витрификации (опалоподобных и стекловатых веществ) и разложения

неустойчивых обломочных компонентов происходит изменение строения

303-

породы, резкое уменьшение пористости, затушевывание первоначальный

структур и переход породы в более или менее равновесную минералы?

ную систему.

тт

Эти изменения происходят в песках по-разному. Чистые кварцевый

пески, испытав только перераспределение кварца через раствор, пре-

вращаются в ортокварциты. Незрелые пески, особенно лититовые

ареииты с высоким содержанием неустойчивых частиц пород, превра-

щаются в граувакки. Вулканокластические пески претерпевают, пожа-

луй, наиболее радикальные изменения, сходные с ретроградным мета-

морфизмом.

Крупные текстурные элементы, такие как следы нагрузки, складки

оползания и подобные им, вызванные «деформациями неконсолидиро-

ванного осадка», обычно не рассматриваются в качестве диагенетиче-

скнх Диагенез включает минералогические и структурные изменения»

но не формирует текстуры. Исключение представляют конкреции и

стилолиты, рассматривающиеся как диагенетические. В этой книге

крупные диагенетические сегрегации (конкреции и желваки) рассматри-

ваются отдельно, в гл. 12.

Рассмотрим диагенетические изменения, вызываемые химическими

процессами.

Цементация

Химически осажденный материал, образующий цемент многих пес-

чаников, является важнейшим компонентом этих пород. При полном

заполнении пор цемент составляет от 'Д до '/з объема породы. В толще

сцементированных песчаников мощностью 100 м содержится, к приме-

ру, столько цементирующего материала, что, будучи выделенным, ой

образовал бы пласт мощностью 25—30 м. Кроме того, цементация

служит последней ступенью при формировании песчаника; наши пред-

ставления ие могут считаться полными и удовлетворительными, пока

мы всесторонне не исследовали происхождение цемента и способ его

осаждения.

Выпадение цемента влияет и на пористость, и на проницаемость

породы и поэтому представляет большой интерес при изучении движ&

ния флюидов через породу и при оценке общего количества этих

флюидов. Полная цементация ведет к образованию столь плотного

песчаника, что он не способен ни удерживать в себе, ни пропускать

такие флюиды, как пластовые воды, нефть или природный газ.

Известно, что цементом в породе могут служить многие минералы.

Однако часть из них встречается сравнительно редко н в количествен-

ном отношении не играет важной роли. Наиболее распространенным

цементирующим материалом является кремнезем (главным образом

кварц). Обычно кварц отлагается в виде оболочек, нарастающих на

зернах обломочного кварца (см. рис. 7-1 и 7-20). При некоторых специ-

фических условиях кремнезем отлагается в виде опала или халцедона»

а не кварца (см. рис. 7-24). Песчаники с опалоподобиым цементом

имеют преимущественно молодой возраст. Факторы, определяющие вы-

падение опалового, а не кварцевого цемента, полностью ие выявлены,

однако, по-видимому, это связано с ионной концентрацией [216]. Пес-

чаник Огаллала в Канзасе, сцементированный опалом, интерпретирует-

ся как случай замещения опалом кальцитового цемента [100].

Предполагается, что источником кремнезема послужили связанные

с песчаной формацией слои вулканического пепла. Тесные ассоциации

304-

песков, сцементированных опалом, с пепловыми слоями, по-видимому,,

являются достаточно распространенными. Это отмечено, в частиосги,.

для третичной формации Гейдан (Катахула) в Техасе [194].

В качестве цемента широко представлены также различные карбо-

натные минералы, часто кальцит. Доломит встречается реже, а сиде-

рит— еще меньше, хотя и не до такой степени, как считается: он редко

виден в обнаженных по той простой причине, что является очень

неустойчивым в атмосферных условиях. Многие песчаники с железис-

тым цементом фактически являются сидеритовыми. ,Исследование неко-

торых пятнистых песчаников пока-

зало, что каждое пятно, заполнен-

ное лимонитовым цементом, обра-

зовалось в результате окисления

сидерита, остатки которого сохра-

нились в центре некоторых запол-

ненных лнмонитовым цементом уча-

стков (рис. 7-28).

ЦементЬм могут служить 'окись

железа и, очень редко, сульфид же-

леза. Среди более редких силика-

тов цемент может быть представлен

в незначительном количестве поле-

вым шпатом (рис.7-29), каолинитом

и другими глинистыми минералами

и цеолитами. Хотя глины могут быть

привнесены в процессе осадконако-

пления, часть каолинита представ-

ляет собой крупнокристаллическое

выполнение пор, т. е. образован-

ное позже [72, 39]. Цеолиты весьма

обычны в вулканомиктовых пес-

чаниках или песчаниках, содер-

жащих вулканическое стекло [134,

315]. Изредка цементирующими материалами служат барит и ангид-

рит, имеющие лишь местное значение.

Изучение Тэлманом цементов песчаников [290] подтвердило су-

ществовавшее прежде мнение, что кремнезем является наиболее рас-

пространенным цементом древних песчаников, тогда как в мезозойских

и более молодых песчаниках кремнистый и карбонатный цементы

представлены приблизительно равными долями. Значение подмеченной

особенности неясно. Карбонатный цемент древних песчаников был за-

мещен силикатным, возможно, это связано с выщелачиванием карбо-

натов.

Взаимоотношения цемента и обломочного каркаса в песке очень

интересны и важны. Если минеральный состав цемента одинаков с со-

ставом обломочных зерен, конечным продуктом вторичного разрастания

минеральных зерен будет агрегат взаимопроникающих кристаллов

кварцит (в случае преимущественно кварцевого состава породы). Если

же цемент минералогически отличается от обломочных зерен, могут

образовываться разнообразные структурные соотношения (рис. 7-30).

Например, кальцит в частично сцементированном песчанике может от-

лагаться в виде друзовой «рубашки» зерен, или в виде межзериовой

кристаллической мозаики, а в редких случаях — в форме крупных пой-

килобластовых зереи, включающих множество обломочных зерен [104]

Рис. 7-28. Конкреция из песчаника Да-

кота (мел), округ Элсуэрт, штат Кан ас,

США. Без анализатора, X 80.

«Пятнистый» гесчаннк; каждое пятно пред-

ставляет собой небольшой участок лнмоннто-

вого цемента (черный), образовавшегося пу-

тем окисления ендернтового цемента. B цен

ре одного лнмонитового пятнв присутствует

неизмененный ендернт

305-

{рис. 7-30,6). Опаловый и халцедоновый цемент могут образовывать

агатоподобную оболочку иа зернах каркаса (см. рис. 7-24) или гроздьев

видную структуру с радиально-лучнсгыми волокнами. Другие виды

цемента, например каолиновый, могут встречаться в виде блокового

полнкристаллического выполнении Пчр.

В некоторых случаях, особенно при карбонатном цементе, проис-

ходит реакция между цементом и зернами каркаса. Цемент разъедает

обломочные зерна, что проявляется в неправильном и изрезанном кои-

PHC 7-29. Регенернрованиый обломок полевого шпата из песчаника Круасан (к мбрий)

штат Внскокснк, США.

а —без анализатора, X160. Обратите внимание на простую ромбическую форму восстановленного

кристалла, трешнны спайности, пересекающие как регенерадиониую кайму, так и первичное

обломочное'ядро, б — ннколн скрещены, X160. Обратите внимание на резкую границу между

обломочным ядром и вторичным обрастанием, обусловленную различиями в составе что о реде-

ляет небольшую разницу в углах погасания двух частей восстлювленного кристалл'

а б в

"Рис. 7-30. Схема взаимоотношения карбонатного цемента н обломочных зерен в пес-

-чанике; карбонаты заштрихованы, зерна обломочного кварца светлые

а —обычный нзвестковнстый песчаник; б —песчаник с пятнистым блеском: β — песчанистый из-

вестиях

такте цемента с зернами (см. рис. 7-21). Местами этот процесс заходит

так далеко, что от первоначальных зерен остается лишь несколько

небольших ориентированных участков с одновременным погасанием.

Такой коррозии с замещением карбонатами подвержены премии, поле-

вые шпаты и даже кварц.

Обычно цемент заполняет (частично или полностью) поры в песке

(рис. 7-30,а). В отдельных случаях карбонатный цемент занимает чрез-

вычайно большой объем в песчанике, равный объему обломочного

кварца или даже превышающей его; в этом случае кварцевые зериа

как бы «плавают» в цементе (рис. 7-30,6). Некоторые исследователи

объясняют это перекристаллизацией обломочных карбонатов, предполо*

306-

жительио накапливавшихся вместе с обломочным кварцем, в Вальд-

шмидт [307] — разрастанием цемента, сопровождавшимся раздвига-

нием зерен. Как уже отмечено, это явление может частично вызываться

коррозией и замещением детритовых зерен карбонатами.

Некоторые песчаники имеют цемент нескольких типов. В таких

случаях важно определить парагенезис или относительный возрасг

цементирующих веществ. Вальдшмидт считал [307], что для песчаников-

Скалистых гор, изученных им, можно установить определенный порядок

осаждения. Кальцит следует за кварцем; в случае трех цементирующих

минералов за кварцем следует доломит, за которым, в свою очередь,,

осаждается кальцит. В случае четырех минеральных типов цемента

за перечисленными тремя минералами следует ангидрит. В некоторых,

песчаниках, содержащих три типа цемента, последовательность такова:

кварц, доломит и ангидрит. Хилд [136], наблюдая палеозойские пес-

чаники Западной Виргинии, пришел к выводу, что карбонаты осаж-

даются позже кварца, однако Гилберт [108] установил, что в третичных,

песчаниках Калифорнии доломит, а в некоторых случаях и кальцит,,

выпали раньше кварца.

В общем последовательность выпадения нескольких цементирую-

щих минералов устанавливается исходя из принципа, что минералы,,

отложившиеся первыми, имеют лучшую форму, т. е. ближе к эвгедраль-

ным, и прилегают к стенкам пор. Минералы, отложившиеся позже,

должны занимать оставшееся незаполненным пространство и приспо-

сабливаться к форме ранее образовавшихся кристаллов. Однако пра-

вильно ли допущение, что минералы формировались в свободном

пространстве? Хаддинг [127], Кайе [44] и Свинефорд [287] описали

песчаники, первоначально сцементированные кальцитом, который поз-

же, частично или полностью, был замещен кварцем. Доказательством

такого замещения являются редкие включения кальцита в массе вто-

ричного кварца. Поэтому возможно, что эвгедральиость не может слу-

жить точным признаком для определения относительного возраста.

Не решены пока проблемы: как и когда пески цементируются,

каково происхождение цементирующего материала? Долгое время

считалось, что цементирующий материал привносится в песчаники цир-

куляцией атмосферных или артезианских вод, из которых осаждаются

кремнезем и карбоваты. Известно, что подземные воды действительно·

переносят эти вещества в растворенном состоянии и что эти веществ»

выпадают из раствора. Подробно эту проблему исследовал Ван-Хайз

[304]. Он предположил, что кремнезем (или иной цементирующий ма-

териал) был растворен в зоне выветривания и вновь отложился в песке

в виде цемента. Ван-Хайз подчеркивал, что содержание кремнезема

в подземных водах было очень низким. Содержание кремнезема в водах

из толщ магматического происхождения колеблется от 10 до 70 мг/л

[320]. Принимая величину 20 мг/л, Ван-Хайз подсчитал, что для це-

ментации 1 км

песка (при пористости 26%) потребовалось бы

130 000 км

осредненных подземных вод. Поскольку некоторые песча-

ники, особенно залегающие в глубоких структурных бассейнах, на-

сыщены солеными водами, многие исследователи считают, что цирку-

ляции атмосферных вод в них не было никогда и, следовательно, нужно

искать другой источник их цемента.

Учитывая это, Джонсон [157] предполагал, что кремнезем выде-

ляется из реликтовых вод. Реликтовая вода, по существу, является

захваченной морской водой, а поскольку морская вода в среднем со-

держит кремнезема меньше, чем грунтовая (около 4 мг/л), то стано-

ЗОГ

вится ясным что реликтовые воды песчаников могли обеспечить лишь

незначительное н в целом недостаточное количество кремнезема. По

мнению Джоисона, источником кремнезема являлись реликтовые воды

глин Глинистые сланцы первоначально были более пористыми, чем

пески они претерпели сильное уплотнение. Содержавшиеся в них

флюиды должны были выделиться, и переслаивающиеся с ними пес-

чаники действительно могли служить путями миграции вод. В условиях

повышенных температур, присущих большим глубинам, воды глинис-

тых сланцев могут содержать кремнезема, способного отлагаться в пес-

чаниках, больше, чем обычно. Поровые воды современных глубоковод-

ных глин иногда пересыщены кремнеземом (до 80 мг/л), но такое

высокое содержание кремнезема, по-видимому, является следствием

растворения диатомовых обломков [274]. Однако более вероятный ис-

точник кремнезема — постседиментациоиное превращение монтморил-

лонитовых и (или) смешанных иллнт-монтморнллонитовых глинистых

•сланцев в иллит, процесс, при котором высвобождается кремнезем

[299]. Глубокое захоронение отложений способствует этому процессу;

наблюдаемое общее преобладание иллита в древних глинистых сланцах

дает основание предполагать, что этот механизм действовал в крупном

масштабе.

Установленный Фюхтбауэром [102] факт, что кварцевая цемента-

ция в песчаниках доггера увеличивается в направлении зоны выкли-

нивания глин, свидетельствует в пользу концепции выделения перена-

сыщенных кремнеземом вод из глин. Однако многие сцементированные

песчаники залегают, не переслаиваясь с глинами. Как же произошла

их цементация?

Поиски, связанные с объяснением цементации посредством арте-

зианских и отжатых из глин вод, привели некоторых исследователей

к необходимости «заглянуть» внутрь формации. Вальдшмидт [307],

Гилберт [108] и другие высказали предположение о внутрислоевом

происхождении кремнезема. Вальдшмидт пришел к выводу, что квар-

цевый цемент песчаников образуется при растворении кремнезема на

контактах зерен и последующем его осаждении в пустотах. Концепция

Вальдшмидта, по существу, является принципом Рикке, примененным

к неметаморфическим породам. В качестве доказательства действия

этого процесса Вальдшмидт рассматривает взаимопроникающие кон-

такты кварцевых зерен. Вогнуто-выпуклые контакты между зернами

кварца, похожие на гальку с вмятинами в некоторых конгломератах

[177], и зубчатые (микростнлолнтовые) границы между некоторыми

зернами являются очевидными доказательствами выводов Вальдшмид-

та [279, 295, 300]. Если его концепция верна, то можно ожидать, что

существует какая-то зависимость интенсивности растворения и последу-

ющей цементации от глубины погружения и, как следствие, увеличения

температуры и давления, что усиливает процесс. Ряд исследователей

[291, 209, 102] показал или постулировал такую зависимость, оиа

в первом приближении выражается уменьшением пористости с глуби-

ной. Особый интерес представляет работа Тэйлор. Тэйлор производила

прямые наблюдения изменения характера и величины контактов зерен

с увеличением глубины и пришла к выводу, что песчаники подвергают-

ся процессу «конденсации», в результате чего контакты отдельных

зерен меняют свой характер, т. е. переходят от тангенциальных к вогну-

то-выпуклым, а затем — к сутурным; при этом число видимых в шли-

фах контактов, приходящихся на одно зерно, увеличивается от 1,6

(в неуплотненных песках) до 2,5 на глубине 880 м и до 5 2 на глубине

308-

2544 м (рис. 7-31). Тэйлор считала, что эти изменения вызываются

внутрипластовым растворением, а также течением кварцевых зереи.

В последнем случае произойдет сокращение объема пор и потребуется

небольшое химическое осаждение. Широко представлены признаки дав-

ления, такие как изогнутые слюды и растрескавшиеся кварцевые зерна,

но доказать течение самой твердой массы трудно, а вогнуто-выпуклые

контакты могут быть результатом растворения. С другой стороны, ис-

следование зависимости между растворением под давлением н величи-

ной давления, проведенное Сивером [273] на пенсильванских песчани-

ках восточной части США, не дало убедительных результатов.

а с в

Шй

Рис. 7-31. Схематическое изображение упаковки зерен и конденсации (уплотнения),

полученное с помощью лучевой камеры.

•а — известковые оолиты Арбакл, менее 0,5 контактов на зерно; б — кембрийский песчаник, озеро

Верхнее, 1,5 контакта на зерно; в девонский песчаннк Моитебелло, 2,6 контакта на зерно

Эксперименты Фэрберна [85], Максвелла и других [210, 27, 208, 83,

140] показали, что растворение кремнезема и вторичное его осаждение

в замкнутой системе является реальностью и что цементация песков

может быть осуществлена посредством такого внутреннего перераспре-

деления.

Петрографические доказательства растворения на контактах зереи

не всегда убедительны. Взаимопроникновения зерен практически не

наблюдается. В большинстве случаев, когда наблюдаются зубчатые

границы, первоначальные контуры зерен кварца различить трудно или

невозможно. Более того, Зиппель [277] недавно доказал, что первичные

обломочные зерна в некоторых песчаниках отчетливо видны при при-

менении метода катодолюминесцентной микроскопии и что взаимопро-

никновения зерен не наблюдалось. Можно почти определенно говорить,

что вторичный кварц образовался не в результате контактового рас-

творения.

Пай [245], а также Голдштейн [117] полагали, что некоторая,

возможно большая, часть силикатного цемента образовалась при рас-

творении частиц тонкой фракции, которые могли когда-то содержаться

в песке. Хорошо известен случай, когда в одном растворе мелкие час-

тицы могут растворяться при одновременном росте крупных частиц.

Поэтому возможно, что крупные зерна песчаника могут расти за счет

мелких, но поскольку тонкие частицы в этом процессе разрушаются,

трудно привести доказательства этого предположения. Хилд [137, 138]

предположил, что кремнезем образуется путем внутрипластового рас-

творения по стилолитовым швам. Стилолиты в песчаниках встречаются

чаще, чем обычно считается, растворение вдоль таких швов может

обеспечить часть кремнезема, необходимого для дементации.

309-

Крынии [169], который считал, что ни внутриплаетовое-раствор®

ние, ни движение подземных вод не могут обеспечить цементацию, пос?

ле изучения девонских песчаников Орискани и других песчаников "Цен*,

тральных Аппалачей сделал вывод, что «... возможно около 95% «вто?

ричного» кремнезема в отложениях Орискани (и во многих, если не

в большинстве, других кварцитов и кремней) в действительности имеют

первичное, почти одновременное с осадконакоплением происхождение».

Крынии считал, что осаждение силикатного цемента «происходило на

дие моря сразу же после отложения песчаных зереи». Он не приводит

доказательств в поддержку своего предположения, отсутствие же со-

временной цементации морских песков в процессе их накопления дела-

ет его гипотезу несостоятельной.

Гидротермальные воды, в частности воды некоторых горячих источ-

ников, особенно богаты кремнеземом, содержание которого иногда пре-

вышает 500 мг/л. Сомнительно, чтобы такие воды играли существен-

ную роль в цементации песков в большом масштабе, хотя отмечены

отдельные случаи цементации, в частности, осаждение вторичных по-

левых шпатов вблизи магматических тел [139].

Карбонатный цемент выдвигаетте же проблемы, что и силикатный.

Главными из них являются: источник карбонатов и время замеще-

ния. Артезианские грунтовые воды содержат растворенные карбонаты

и, как предполагается, они могли обеспечить цемент для сцементиро-

ванных карбонатами песчаников.

Некоторые современные пески сцементированы in situ. Примером

является пляжный известковистый песчаник. Однако это в основном

карбонатный песок и здесь, возможно, происходит самоцементация.

В песчаниках, извлеченных из отложений внешнего континентального

шельфа близ залива Делавэр, обнаружен арагонитовый цемент, обу-

словленный морской подводной цементацией [3]. Морская вода, за-

ключенная в порах морских песков, может быть пересыщена карбона-

тами, но количество осаждающихся карбонатов недостаточно для це-

ментации песков. Значительная часть карбонатных цементов осажда-

лась позже, чем кварц, и следовательно, неодновременно с процессом

седиментации, и ие связана прямо с обстановкой осадонакопления.

Очевидно, что источником получения карбонатов является также

вещество раковин, которое может растворяться и осаждаться в виде

цемента. Цементация вблизи скоплений раковинного материала или

внутри двустворчатой раковины [168] демонстрирует в небольшом

масштабе процесс перераспределения карбонатов. Наиболее вероятным

объяснением поздней карбонатной цементации служит растворение кар-

бонатных зерен под давлением в самом песчанике или в прилегающих

пластах известняков или песчаников при этом возможен перенос мате-

риала на некоторое расстояние поровыми водами.

Остается много нерешенных вопросов. Что определяет тип — араго-

нитовый, кальцитовый, доломитовый, сидеритовый — карбонатного це-

мента? Еще одна проблема связана с песчаниками, характеризующими-

ся наличием нескольких цементирующих минералов; ни одна из теорий

цементации песчаников ие предлагает удовлетворительного объяснения

этого вопроса. Дальнейших исследований требует распределение цемен-

та. Почему песок в одном месте плотный, а в другом пористый? Связа-

но ли это с первичной цементацией или с последующей децементацней?

Ответы на эти вопросы связаны с изучением зависимости между коли-

чеством и типом цемента в песчаниках и такими важными геологиче-

скими факторами, как структура и палеотечения. Уорнер [310], напри-

340-

мер, считал, что цемейта в песчаниках эоценовой формации Дачесие-

Ривер в горах Юинта становится больше в направлении «вверх по

течению», определяемом по косой слоистости, и что тип цемента (каль-

цитовый или кварцевый) зависит от пород области сноса, при этом

кальцитового цемента больше там, где исходными породами были пре-

имущественно известняки. По-видимому, существует также связь между

количеством цемента и структурой. Очевидна необходимость картиро-

вания цементов песчаников.

Децементация

Если поровые флюиды и твердые зерна песчаника ие представляют

собой закрытой системы, т. е. если флюиды могут как притекать, так

и вытекать из системы, или если может происходить двусторонняя

ионная диффузия, то вещества, осажденные в порах, могут растворять-

ся и удаляться из них. Другими словами, может иметь место выщела-

чивание цемента или децементация. Эти явления происходят, когда

карбонатные песчаники находятся в зоне выветривания. Но происхо-

дят ли они в больших масштабах на глубине?

Частичное замещение кварца и других обломочных зерен карбонат-

ным цементом свидетельствует о том, что часть кремнезема была уда-

лена. Если же цементом является кварц и существуют признаки того,

что ои заместил карбонатный матрикс, то подразумевается удаление

значительного количества карбонатов. К выводу о том, что такое удале-

ние карбонатов происходило из песчаника Орискани, пришел Крыиин

[169], наблюдавший незначительное количество карбонатов по краям

некоторых пор и считавший их «останцами» после выщелачивания.

Если бы это было связано только с частичным заполнением пор, можно

было бы видеть эвгедральные грани на свободных краях; очевидно, они

отсутствовали. Возможно, многие очень рыхлые и слабосцементирован-

ные песчаники, например ордовикский песчаник Сент-Питер в вер

ховьях долины Миссисипи, были в прошлом сцементированы карбона-

тами и потеряли свой цемент в результате нисходящего течения арте-

зианских вод. Изъеденная поверхность кварцевых зерен этого и других

рыхлых песчаников, может быть, возникла в результате воздействия

на эти зерна ныне исчезнувшего цемента.

В итоге мы приходим к выводу о том, что нет причин отрицать

крупномасштабное вымывание карбонатов из известковистых песчани-

ков, поскольку во многих известняках происходит значительное внутри-

пластовое растворение. Существуют признаки, что дело обстоит именно

так. Как и в случае с известняками, такое растворение может про-

должаться во фреатических условиях значительно ниже зеркала грун-

товых вод. Так же, как и в известняках, этот процесс может быть обра-

тимым, и поровое пространство может вновь заполниться осажденным

веществом.

Внутрислойное растворение

Помимо признаков растворения цементирующих компонентов, осо-

бенно карбонатов, песчаникам присущи также признаки внутрислойно-

го растворения.

Наибольшее внимание в этом отношении привлекают стилолитовые

швы. Стилолиты, обычно связанные с известняками, распространены

также в песчаниках и кварцитах. Они встречаются не только в внде

311-