Шванов В.Н. Петрография песчаных пород (компонентный состав, систематика и описание минеральных видов)

Подождите немного. Документ загружается.

ТАБЛИЦА 18

Соотношение основных генетических типов кварцевых песков

и песчаников (по перечню 170 месторождений кварцевых пород

на территории СССР, составленному А. М. Цехомским

и Д. И. Карстенс [45])

Генетические типы

Число месторож-

дений, %

Континентальные, без уточнения генезиса

Элювиальные

Делювиальные, пролювиальные

Ледниковые (подморенные, озерно-ледииковые и ледниковые

отторженцы)

Аллювиальные

Дельтовые

19,8

2,6

2,0

5,3

12,5

3,3

Итого континентальных и переходных 45,5

Озерные

Морские

5,9

48,6

Итого бассейновых

54,5

Всего

100,0

в остальных районах 8%. Преимущественное развитие про

мышленных кварцевых песков на устойчивой древней плат-

форме, каковой является Русская платформа, свидетельствует

о решающем влиянии тектонического фактора на процессы

вызревания песчаных осадков, как на это впервые обратили

внимание М. С. Швецов, Л. Б. Рухин, П. Крынин и Ф. Пет-

тиджон. Малые средние скорости накопления осадков (см.

рис.

17) являются при этом обязательным условием.

В оценке непосредственного механизма вызревания песков

на тектонически пассивных участках земной коры также суще-

ствуют разные мнения о решающей роли кор выветривания

в областях сноса [39], о переотложении и миграции материала

до захоронения [31], о многоцикловом переотложении как обя-

зательном условии [45]. Каждый из этих факторов может про-

являться отдельно и оказаться решающим, но их совместное

действие дает наилучший результат. Все же непосредственное

формирование кварцевого осадка в элювии достигается, по-

видимому, крайне редко. Базальные горизонты кварцсодержа-

щих толщ редко бывают мономинер-альными. Даже в высоко-

дифференцированных толщах они имеют либо олигомиктовый,

либо аркозовый состав, и только выше по разрезу, часто в от-

ложениях, представляющих единый цикл седиментации, песча-

ники становятся мономинеральными. Так, в нижней части

6 Заказ № 2733- 161

J I * -I I I 1 I I < I I Ill

•E

-e

-E

S D

P T J

Каледонский

цикл

Герцинский

цикл

Альпийский цикл

Рис.

32. Возрастное распределение месторождений кварцевых песков на Рус-

ской платформе (составлено по перечню месторождений в работе [45]).

N — число месторождений.

тасеевской серии Енисейского кряжа [Советов Ю. К. и др.,

1975 г.] присутствуют мезомиктовые породы, сменяющиеся

выше более дифференцированными песчаниками и достигаю-

щие стадии высокозрелых пород только в верхней части се-

рии— в редколеской свите. В вепской серии Карелии аркозо-

вые и олигомиктовые песчаники петрозаводской свиты сменя-

ются выше кварцитами мокшинской свиты [33]. В породах

нижнего ятулия, в первой нижней пачке распространены ар-

козы, которые во второй пачке сменяются мономинеральными

песчаниками [36]. То же наблюдается в зильмердакской свите

Башкирского антиклинория [Беккер Ю. Р., 1974 г.].

Очевидно, во всех указанных случаях происходило вызре-

вание песчаников по мере увеличения обьема осадочных про-

дуктов и, следовательно, увеличения возможностей для кон-

центрации переотложенных осадков. С течением времени по

мере накопления подобных толщ происходило созревание об-

щего петрофонда, за счет которого осуществлялось осадкона-

копление. Одновременно осуществлялось также структурное

созревание осадков, которое в конечном счете приводило к об-

разованию хорошо сортированных, преимущественно мелкозер-

нистых песков, сложенных зернами с хорошей и совершенной

окатанностью. Общее созревание петрофонда устанавливается

достаточно отчетливо в вертикальных разрезах крупных оса-

дочных циклов. Так, в Северном Прикаспии [Литолого-петро-

графические исследования..., 1969 г.] кварцевые песчаники

162

в разрезе триаса распространены локально и часто замеща-

ются породами иных минеральных типов. В юрских отложе-

ниях они становятся более заметны и далее, увеличивая

масштабы распространения, получают широкое развитие в ер-

генинской свите, где их высокая зрелость проявляется не

только в высоком содержании кварца, но и в постоянстве

количественного и качественного состава его типоморфных

разновидностей и минералов тяжелой фракции [21].

На общее увеличение зрелости пород снизу вверх в преде-

лах Русской платформы указывает А. М. Цехомский, что мо-

жет быть проиллюстрировано распределением месторождений

кварцевых песков по разрезу, максимальное количество кото-

рых приурочено к олигоцен-миоценовому времени (рис. 32).

Таким образом, переотложение осадков в течение одного или

нескольких осадочных циклов, проходящее в обстановке вялой

тектоники, является главным условием и постоянно действо-

вавшим фактором формирования кварцевых песков. При дли-

тельном проявлении определенного тектонического режима

всегда, рано или поздно, создавались также климатические

предпосылки для глубокого химического выветривания.

VIII

ГЛАВА

СЕМЕЙСТВО АРКОЗОВ

Термин аркоз введен, по-видимому, А. Броньяром в 1823 г.

для песчаников провинции Овернь, представляющих собой

механическую смесь из крупных зерен полевого шпата, кварца

и из слюды и глины в качестве второстепенных компонентов.

Впоследствии термин закрепился за породами полевошпатсо-

держащими, хотя применялся в разных значениях: как поня-

тие минералогическое, структурно-минералогическое и мине-

ралого-генетическое. Аркозовыми песчаниками в минералоги-

ческом смысле называли породы, содержащие некоторое, по

разным авторам разное, количество полевых шпатов: более

12,5;

20; 25 или 30%. В. Аллен, П. Крынин, А. Г. Коссовская,

В.

Д. Шутов устанавливали границу в 25%. По Ф. Петти-

джону [23, 24], именно эта граница должна определять выбор,

потому что песчаники, содержащие более 25 % полевого

шпата, хорошо различимы в поле. По мнению некоторых авто-

ров,

к аркозам относятся только те песчаники, полевые шпаты

которых представлены калиевыми разновидностями, преиму-

щественно микроклином [23, 46].

Структурно-минералогическое понятие аркоза заключает

представление о породе, сложенной преимущественно неока-

танными дресвяно-песчаными обломками кварца и полевых

шпатов, окрашенной в розово-красный цвет и имеющей внеш-

ний облик гранита, а минералого-генетическое понятие — о пес-

чанике, происходящем за счет разрушения гранитов и часто

залегающем на гранитах в виде переотложенной коры вывет-

ривания. '

Общеизвестно, что в систематике отложений по породо-

образующим минеральным компонентам, а именно такая си-

стематика принята в осадочной петрографии, учитывается один

признак (состав и количество компонентов), взятый за основу

классификации. Все остальные признаки (текстурные, струк-

турные или генетические) принимаются либо как второстепен-

ные для выделения более низких иерархических уровней, либо

как равнозначные, но в других, параллельных генетических клас-

сификациях. Выделение аркозов как естественной группы от-

ложений не является исключением из общего правила и по-

этому должно производиться на той же вещественно-минерало-

164

гической основе, что и для других групп песчаных пород, т. е.

по составу и количеству обломочных минеральных компо-

нентов.

В выборе признаков, учитывающих состав полевых шпатов,

необходимо иметь в виду, что действительно существуют одни

породы, сложенные преимущественно калиевыми полевыми

шпатами, и другие, сложенные' плагиоклазами. Однако оста-

вить за первыми название аркоз или аркозы [23, 46], а вторым

дать какое-либо другое название было бы неправильно по

следующим причинам. Во-первых, как будет показано ниже,

часто в одних и тех же породах среди полевых шпатов в круп-

ных фракциях преобладает микроклин, в мелких — обломки

плагиоклазов, соответственно и крупнозернистые породы обо-

гащены микроклином, а мелкозернистые, парагенетически

связанные с ними,— альбитом или другими плагиоклазами.

Во-вторых, разделение в шлифах калиевых полевых шпатов и

плагиоклазов ряда альбит — кислый олигоклаз, не содержа-

щих двойников, представляет известные трудности и часто не-

возможно без привлечения специальных методов. Наконец,

в-третьих, отчасти в результате сложившейся традиции, отча-

сти вследствие трудностей диагностики, в большинстве публи-

каций под аркозами понимаются породы, заключающие поле-

вые шпаты различного состава: от ортоклаза и санидина до

анортита.

Поэтому целесообразно выделять единую группу песчаных

пород, образованную преимущественно кварцем и полевыми

шпатами любого состава, которые и следует называть арко-

зами или аркозовыми песками и песчаниками.

Количественное ограничение аркозов как минерального вида

песчаных пород (см. рис. 21, а; 33): полевых шпатов 25—

75%,

обломочного кварца — 75—25 %, обломочных зерен по-

род — менее 25 %. Составы многих осадочных комплексов,

сложенных полевошпатсодержащими породами, укладываются

именно в указанный диапазон, что и служит основанием для

проведения границ.

Родственным с аркозами, но менее распространенным

минеральным видом являются песчаники, которые при преиму-

щественно полевошпатовом составе (более 50%) содержат

обломки пород в количестве менее 25 % и обломочного кварца

менее 25%. Такие породы (см. гл. V) названы полевошпа-

товыми. Название не является общепринятым, поскольку тер-

мин «полевошпатовый песчаник» используют: 1) как синоним

термина аркоз; 2) для обозначения любых пород, содержащих

заметное количество полевых шпатов; 3) для отложений, за-

нимающих промежуточное положение между кварцевыми пес-

чаниками и аркозами. Закрепление термина полевошпатовый

за породами, где полевые шпаты преобладают над всеми дру-

гими обломками, наиболее оправдано по аналогии с другими

названиями: кварцевый песчаник, где преобладает кварц, лити-

165

Рис.

33. Минералогические поля и точки состава аркозов.

а-по В. Д. Шутову [55]: /-современная аркозовая дресва на гранитах (штат Техас); 2 — третичные отложения Буреинского бассейна-

3-альбские Таджикской депрессии; 4 - нижнемеловые Вилюйской впадины; 5 - верхнеюрские Приверхоянского прогиба; 6— юрские

Ангаро-Чулымского прогиба; 7 - юрские Рыбинской впадины; 8 - верхнепермские Западного Верхоянья; 9 - докембрийские отложения

формации Сатакунта Балтийского щита; 10 — докембрийские отложения формации Мухус Балтийского щита- б — по А В Сочаве [361- 1 —

нижнемеловые отложения Юго-Восточной Ферганы; 2 - терская свита Кольского полуострова; 3 - петрозаводская свита Кольского полуост-

рова; в — по Ю. К. Советову [1981 r.J — вендские отложения Северного Тянь-Шаня: / — крупнозернистые песчаники и гравелиты- 2 — средне-

и мелкозернистые песчаники. '

товая граувакка, где преобладают обломки осадочных пород

и т. д. Термины «аркозит» и «аркозитит» использовались для

обозначения цементированных аркозов, в том числе являю-

щихся литифицированным эквивалентом кварцитов.

Петрографический состав. Аркозы могут залегать на коре

выветривания гранитов и кристаллических сланцев, часто

с постепенными переходами. Подобные породы выполняют

рытвины, карманы, слагают линзы среди галечно-дресвяных

пород и в свою очередь содержат примесь дресвы и щебня.

Их часто называют остаточными аркозами. Как пра-

вило,

они плохо стратифицированы и лишены слойчатых тек-

стур.

Будучи переотложенными, они могут формировать делю-

виально-пролювиальные языки «гранитного щебня» и «гра-

нитоподобных» и дресвяно-песчаных пород.

Аркозы могут располагаться в основании осадочных серий

в виде плохо стратифицированных, грубослойчатых пачек

(базальные аркозы). Наиболее обычной формой их являются

пласты различной мощности: от нескольких сантиметров до

нескольких метров, иногда десятков метров. Аркозовые песча-

ники могут слагать мощные пачки в составе фалахового типа

формаций в виде однородных пластов, разделенных пласто-

выми поверхностями, участвовать в толщах переслаивания

песчано-глинистых пород флишевого и флишоидного типа

в форме градационно-слоистых пластовых тел, являться со-

ставными частями циклически построенных континентальных

комплексов, слагая песчаные косослойчатые основания цикло-

тем, в частности аллювиальных циклов, а также участвовать

в сложении сравнительно маломощных ациклических песчано-

глинистых или песчано-глинисто-карбонатных толщ континен-

тального и морского генезиса в виде небольших по мощности

пластов, содержащих различную косую слойчатость. Разно-

образие формы тел и текстур является следствием фациальной

полигенетичности аркозовых песков.

Типичные аркозы окрашены в розовые или красноватые

цвета, что определяется высоким содержанием в них розового

микроклина или ортоклаза, а также преобладанием Fe

над

FeO,

заключенным в пленочном или сгустковом цементе.

Красно-бурой окраской обладают аркозы в красноцветных

толщах. Существуют также аркозы и полевошпатовые песча-

ники светло-серого, желтовато-зеленого или темного зелено-

вато-серого цвета. Изменение окрасок от светлых розовых до

темных зелено-серых отражает смену состава полевых шпатов,

вместе с тем это явление часто представляет смену аэроморф-

ных окрасок на гидроморфные, коррелятно связанную с соста-

вом: калиевые аркозы преимущественно континентальные, пла-

гиоклазовые аркозы и полевошпатовые песчаники — сущест-

венно морские.

Крепость аркозовых песчаников зависит от степени вторич-

ного преобразования — связности минералов и их сохранности.

167

Некоторые ископаемые аркозы, залегающие на коре выветри-

вания гранитов, очень рыхлые, легко рассыпаются в руках.

Такими же являются выветрелые песчаники, часто обохрен-

ные,

обогащенные гидратами железа и марганца, например

описанные А. В. Копелиовичем в рифее юго-запада Русской

платформы. Большинство аркозов в силу их залегания в оса-

дочном чехле платформ не обладают высокой крепостью.

Даже при сильной литификации они не достигают крепости

кварцитов из-за пелитизации полевых шпатов и развития

слюдистых минералов. При метаморфизме аркозы превраща-

ются в слюдистые кварциты и далее в кварцито-гнейсы.

Породообразующими компонентами аркозов в порядке

уменьшения частоты встречаемости являются кварц, калиевые

полевые

шпаты, кислые и средние плагиоклазы (до андезина

включительно), обломки поликристаллического кварца, слюди-

сто-хлоритовых, кварц-слюдисто-хлоритовых, реже эффузив-

ных и осадочных пород.

По составу полевых шпатов могут быть выделены четыре

разновидности аркозов: K-, К—Na-, Na- и Na—Са-аркозы.

Первые три группы называются кислыми, четвертая — основ-

ными аркозами. Количественные соотношения между поле-

выми шпатами, образующими каждую разновидность, по-

казаны на рис. 33.

К—Na-аркозы. Из перечисленных разновидностей наибо-

лее распространены. Сложены кварцем, несдвойникованными

калиевыми полевыми шпатами, решетчатым микроклином, мик-

роклин-пертитом, кислыми плагиоклазами (до № 15—20), бес-

цветной слюдой, биотитом, глауконитом, обломками кварцитов,

микрокварцитов, слюдисто-кварцевых и слюдисто-хлоритовых

пород. Очень часто наблюдается зависимость состава полевых

шпатов от гранулометрического класса. Фракции крупнее

0,12—0,15 мм обогащены калиевыми полевыми шпатами, пре-

имущественно микроклином, более мелкие — альбитом и оли-

гоклазбм [Копелиович А. В., 1965 г.; Damuth J., 1970 г.]. Со-

ответственно средне-крупнозернистые породы обогащены

микроклином, так же как поликристаллическим кварцем, об-

ломками кристаллических пород, иногда биотитом; мелкозер-

нистые песчаники — обломками кислых плагиоклазов, монокри-

сталлическим кварцем и белой слюдой. В породах с модой

в интервале размерностей 0,20—0,35 мм, рекомендуемых для

петрографического исследования, обе составные части аркозов

обычно получают отображение.

К-аркозы. Сложены кварцем, решетчатым микроклином,

микроклин-пертитом, несдвойникованными калиевыми поле-

выми шпатами (рис. 34), белой слюдой, биотитом, глаукони-

том, обломками поликристаллического кварца и микрокварци-

тов.

В подчиненном количестве могут присутствовать плагио-

клазы до № 10—15, а в грубозернистых разностях обломки

микроклинсодержащих кристаллических пород — гранитов,

168

Рис.

34. К-аркоз зоны умеренного катагенеза.

Видны окатанные и полуокатанные обломки кварца и политизированного

ортоклаза. Зерна кварца окружены глинистыми каемками, подчеркиваю-

щими их первичные контуры. Преобладает кварцевый цемент регенерации,

поровый, равномерный; 80

, с анализатором. Нижний мел юго-западного

Таджикистана.

кристаллических сланцев и гнейсов. Микроклин особенно ха-

рактерен для К-аркозов, и в некоторых разностях его количе-

ство достигает 70 % от общего состава обломков [46]. Подоб-

ные породы особенно распространены в составе рифея-венда,

залегающего в основании чехлов докембрийских платформ

[Копелиович А. В., 1965 г; Чайка В. M., 1966].

Na-аркозы. Образованы обломочными кварцем, альби-

том, олигоклазом, кислым, реже основным андезином, единич-

ными зернами калиевых полевых шпатов, в том числе микро-

клином, обломками слюды, кварцитов, микрокварцитов, глини-

сто-кремнистых сланцев и измененных хлоритизированных

пород. В качестве основного петрографического типа могут

участвовать в сложении мощных песчано-сланцевых толщ ос-

нования геосинклинальных систем [Вознесенская Т. А., 1980 г.,

Петров В. Г., 1980 г.] или в эвгеосинклинальных разрезах, на-

пример в Сихотэ-Алине, среди вулканогенных комплексов

[Волохин Ю. Г., 1979 г.].

Характерными тяжелыми минералами кислых аркозов яв-

ляются циркон, рутил, турмалин, гранат, апатит, сфен, гема-

тит, ильменит, магнетит, титаномагнетит, лейкоксен, эпидот,

хлорит. Постепенными переходами связаны с олигомиктовыми

полевошпато-кварцевыми породами, с которыми нередко ас-

социируют в геологических разрезах.

169

Na—Са-аркозы. Сложены кварцем, плагиоклазами, пре-

имущественно олигоклазом, андезином, альбитом, возможно

присутствие Лабрадора, в единичных зернах встречаются ка-

лиевые полевые шпаты, в том числе микроклин, белые слюды,

биотит, характерны хлорит, хлоритизированные зерна, об-

томки вулканогенных пород, могут встречаться кремнистые

и карбонатные обломки. Среди тяжелых минералов присут-

ствуют эпидот, амфиболы, пироксены, гранат, циркон, магне-

тит, титаномагнетит, гематит. Распространены в составе вул-

каногенно-осадочных толщ складчатых областей, например

в силуре и девоне Южного Тянь-Шаня [52], описаны

И. В. Хворовой [1978 г.] в глубоководных краевых впадинах

Тихого океана. Связаны постепенными переходами и присут-

ствуют

единых разрезах с полевошпатовыми или кварце-

выми граувакками.

Собственно полевошпатовые песчаники могут быть сло-

жены разными полевыми шпатами, но в каждом конкретном

случае — ограниченным их набором, поскольку формирование

осадков, резко обогащенных полевыми шпатами, возможно

только за счет локальных источников сноса. Кроме того, они

редки, поскольку в природе мало исходных пород, настолько

богатых полевыми шпатами и бедных кварцем, чтобы обеспе-

чить необходимый петрофонд. Образование полевошпатовых

пород, видимо, возможно в двух случаях: в некоторых районах

с аридным климатом в силу вялого химического выветрива-

ния, как это отмечалось Н. Н. Верзилиным [1971 г.], и в вул-

канических областях в результате переотложения кристалли-

ческой кластики. Песчаники первого рода описаны в неогене

Ферганы, в современных осадках долины р. Амударьи, вто-

рого—

среди каменноугольных туфов Австралии и в вулкано-

генных разрезах девона Алайского хребта. В последних авто-

ром наблюдалось до 90 % плагиоклазов, преимущественно

альбита, с примесью олигоклаза и андезина.

Окатанность зерен аркозов и полевошпатовых песчаников

различна. Многие разности сложены совершенно неокатан-

ными, остроугольными обломками. Однако минералогически

зрелые разновидности, представленные наиболее устойчивыми

калиевым полевым шпатом и альбитом при большом количе-

стве кварца, могут достигать также известной структурной

зрелости. В общем случае окатанность зерен полевошпатсо-

держащих песчаников коррелятно связана с количеством об-

ломочного кварца; вместе с тем она никогда не достигает ока-

танности обломков, возможной в кварцевых песках.

Также различна сортировка аркозов и полевошпатовых

песчаников: от структурно недифференцированных пород, где

распределение частиц по размерам подчинено закону Розина

(признак, характерный для непереработанного или слабо пере-

работанного аркозового элювия), до отложений с логнормаль-

ным распределением обломков, встречающимся в эоловых

170