Справочник по литологии

Подождите немного. Документ загружается.

породы от конгломератов до алевролитов. Верхнее звено представлено бескар-

бонатными глинами и аргиллитами, обычно содержащими карбонатные конк-

реции.

На этапе предварительного осмотра обнажения или керна намечаются оп-

ределенные интервалы разреза (обычно несколько десятков метров), которые-

затем послойно описывают, отражая при этом особенности пород (см. § I)

и выделяя типовые их разновидности. Эта работа должна сопровождаться де-

тальными зарисовками, фотографированием и сбором ориентированных образ-

цов для эталонной коллекции.

Для дальнейшего описания всего разреза целесообразно использовать спе-

циальные бланки, предложенные Н. Б. Вассоевичем, которые значительно уско-

ряют и упрощают запись полевых материалов и последующую их обработку.

Полевая камеральная обработка собранных данных включает составление?

рельефных стратиграфических колонок и циклограмм. Последние дают нагляд-

ное представление о динамике изменений мощности циклов и соотношений от-

дельных элементов внутри них, выявляют цикличность более высокого порядка.

Все эти признаки, по мнению Н. Б. Вассоевича (1948 г.), С. Г. Саркисяна,

Л.

Т. Климова (1955 г.) и других, могут быть использованы для расчленения?

и корреляции как флишевых, так и других мелкоритмичных толщ. Построение-

циклограмм производится следующим образом: на вертикальной прямой ли-

нии через равные промежутки восстанавливаются перпендикуляры, на которых,

в определенном масштабе и в стратиграфической последовательности отклады-

ваются мощности слоев или звеньев элементарных циклов. Вершины получив-

шихся отрезков соединяются прямыми линиями.

Существуют также способы анализа цикличности высоких порядков, осно-

ванные на сравнении кривых степени асимметрии строения циклов (отношение-

мощности нижнего звена к мощности верхнего звена в терригенном флише ил»

суммарной мощности второго и третьего звеньев — в карбонатном).

Помимо описанных выше отложений с мелкой, но отчетливо проявленной!

ритмичностью встречаются монотонные толщи кремнисто-сланцевых, сульфатно-

карбонатных и других пород, в которых заметной закономерности повторения!

отдельных литологических разновидностей в полевых условиях не наблюдается.

В этих случаях приходится ограничиваться послойным, иногда более дробным

(поинтервальным) опробованием. Скрытая периодичность строения таких толщ

выявляется впоследствии при анализе лабораторных данных по соотношению-

породообразующих минералов и особенностям геохимического распределения'

элементов.

При изучении полифациальных толщ, характеризующихся сложным строе-

нием и значительной мощностью циклов (десятки метров), необходим комплекс-

ный подход к типизации повторяющихся интервалов разреза. В качестве звень-

ев таких циклов здесь выступают часто не отдельные слои, а целые пачки, об-

ладающие определенным набором первичных особенностей осадков, отражаю-

щим общность условий их формирования. К числу этих признаков относятся

минеральный состав, структура, характер слоистости и слойчатости поверхно-

стей наслоения, тип тафоценоза и палеоценоза ископаемых остатков фауны »

флоры, наличие диагенетических конкреций.

Такой подход к типизации элементов циклов целесообразно применять для

угленосных, в первую очередь — параллических формаций, молассовых толщ,

пестроцветных карбонатно-терригенных отложений межгорных впадин. Для всех

270

перечисленных терригенных формаций могут быть использованы методические

приемы и способы полевой обработки данных, детально разработанные на при-

мере параллических толщ и описанные в трудах Ю. А. Жемчужникова,

Г. А. Иванова, Н. В. Логвиненко, А. П. Феофиловой, П. П. Тимофеева, А. В. Ma-

кедонова и многих других исследователей.

Следует отметить некоторые важные для полевого изучения особенности

цикличности отложений. Циклы параллических отложений мощностью

5—20

м,

иногда 40 м, включают весьма широкий набор терригенных и, в меньшей мере,

карбонатных пород, относящихся к континентальной, переходной и мелковод-

номорской группам фаций [7]. Нижняя граница циклов обычно проводится по

появлению первых признаков трансгрессии, выражающейся наличием огрубелого

пластического материала. Пласты угля в этом случае попадают в среднюю

часть циклов, что облегчает прослеживание их изменений. Циклы второго и

более высоких порядков (мощность, соответственно, 30—50 м, 100—150, 300—

450 м) устанавливаются по закономерному изменению соотношений литогено-

типов и фаций в циклах первого порядка, степени асимметрии их строения, по-

явлению новых элементов и другим признакам.

В молассовых и близких к ним терригенных толщах межгорных впадин

набор пород ограничен. Циклы, мощность которых широко варьирует от еди-

ниц до десятков метров, часто выражены неотчетливо, особенно при преоблада-

нии русловых фаций. Крупная цикличность устанавливается в этих толщах

главным образом по появлению среди континентальных отложений пачек мор-

ских или лагунных осадков.

В карбонатных толщах цикличность часто проявлена менее контрастно, чем

в угленосных отложениях. Исключением являются морские отложения геосинк-

линальных областей (В. И. Марченко, 1967 г.). Цикличность должна детально

описываться в полевых условиях. Критериями для выделения циклов (ритмов)

являются повторения одинаковых или сходных следующих особенностей пород.

Структурные особенности пород: наличие обломочных разновидностей

{аутигенных брекчий, известняковых песчаников и др.), соотношение в извест-

няках зернистых и илистых компонентов.

Изменения минерального состава — соотношение породообразующих ми-

нералов, главным образом доломита и кальцита.

Колебания содержания глинистого материала, выражающиеся обычно в

изменении прочности пород.

Различия в слоистости и слойчатости пород и мощности отдельных слоев.

Появление различных следов жизнедеятельности организмов — следов

ползания, зарывания, прикрепления и т. д.

6. Изменения состава тафоценозов и палеоценозов органических остатков,

•биоморфных пород и органогенных построек.

Наличие слоев или пачек некарбонатных отложений — пепловых туфов,

глин, аргиллитов, гипсоносных пород и др.

8. Наблюдение над характером поверхностей наслоения, определение пере-

рывов и приостановок в осадконакоплении по наличию эрозионных контактов,

ожелезнению и другим признакам.

Нижняя граница циклов проводится обычно по началу трисгрессивного ряда

пород и часто отмечается перерывом или приостановкой в накоплении осадков.

Различаются полные и сокращенные циклы. Мощность их изменяется от 2 до

10—30 м, причем наиболее крупные циклы возникают при наличии в них тер-

271

ригеяного материала, а также прибрежно-морских и мелководных отложений.

Циклы второго порядка в платформенных условиях имеют мощность около

100 м и определяются сменой крупных фациальных единиц, например мелковод-

номорских и лагунных обстановок.

Основой полевого изучения цикличности отмеченных выше толщ является

послойное описание разрезов и составление крупномасштабных рельефных ли-

толого-фациальных стратиграфических колонок с выделением циклов различного

типа и порядка. Для терригенных толщ рельефом колонок отражается обычно

гранулярный состав осадков.

§ 7. НАБЛЮДЕНИЯ НАД КОНКРЕЦИЯМИ

Методика наблюдений разработана главным образом для изучения конкре-

ций в осадочных породах ( У. А. Тарр, 1936 г.; У. X. Твенхофел, 1936 г.,

М. С. Швецов, 1948 г.; А. В. Македонов, 1948 г., 1954 г., 1957 г.; Г. И. Бушин-

ский, 1954 г.; 1962 г.; П. В. Зарицкий, 1956 г., 1959 г., 1970 г.; 3. В. Тимофе-

ва, 1957 г. и др.).

Полевые исследования необходимо проводить всегда вместе с комплексным

литологическим описанием вмещающих пород, уделяя конкрециям особое вни-

мание. При поисках и выделении конкреций опираются на признаки их специ-

фики, описанные выше. В большинстве осадочных" толщ макро- и мегаконкре-

ции легко выделяются в обнажении по форме, плотности, цвету, а в кернах —

по плотности и цвету; конкреции карбонатные по составу хорошо выделяются

и предварительно разделяются обработкой HCl и NH

OH по специальной мето-

дике (А. В. Македонов, 1954 г.; А. В. Македонов, П. В. Зарицкий, 1968 г.).

Описываются в поле: морфология, состав (приближенно), размер, текстура,

характер залегания с выделением, как указано выше, отдельных конкреций,

конкреционных сростков и скоплений; признаки сравнения конкреций и вмещаю-

щей породы (в частности, связь со слоистостью и другими текстурными элемен-

тами) ; количественное распределение конкреций и наметившиеся различные

группы их в изученном интервале.

Рекомендуется такая схема последовательности описания.

Вмещающая порода (по латерали и нормали), ее признаки (в целом и

в точке нахождения конкреций).

Положение конкреций в выделенном слое породы.

Форма залегания — одиночная, сросток, скопление (конкреционные про-

слои и др.).

Размеры в двух измерениях — толщина (мощность) и длина по выходу

(/) в данном сечении.

Форма (по принятой определенной морфологической классификации).

Желательно также показать ее схематической зарисовкой или фото.

6. Цвет — с поверхности, в корке выветривания (если она выделяется) и

свежем изломе.

Характер протекания реакции 10% -ной HCl в свежем изломе и корке

выветривания, по шкале, предложенной А. В. Македояовым и П. В. Зарицким

(1968 г.), и при дополнительном опробовании NH

OH. При отсутствии вскипа-

ния на холоду опробование проводится в порошке.

8. Внутреннее строение (текстура) конкреций — с разделением текстур, со-

зданных процессом роста конкреций (в диагенетических и катагенетических

272

конкрециях) и остаточных текстур осадка, в котором росла конкреция. Соот-

ношение с текстурой вмещающей породы (в частности, обтекаются или не об-

текаются конкреции ее слоистостью, как именно обтекаются). Особо отмечаются

текстуры поверхности конкреций (например, бугристые или гладкие и т. д.).

9. Вторичные текстуры и новообразования в конкрециях — трещиноватость,

выделения по трещинам, классификация типа трещиноватости (А. В. Македо-

нов,

1973 г.); новообразования, более иозднедиагенетические или катагенетиче-

ские в раннедиагенетических конкрециях (П. В. Зарицкий, 1970 г., 1971 г.). Эти

выделения часто представлены сульфидами цветных металлов в некоторых фос-

фатных и карбонатных конкрециях. Так называемые септарии выделяются как

частный случай.

10.

Органические остатки в конкрециях — их состав, залегание, степень со-

хранности— сравниваются с составом и сохранностью органических остатков

во вмещающей среде.

.11.

Тип скопления конкреций, соотношение внутри них размерности конкре-

ционных тел и промежутков породы между ними определяются с приближен-

ной количественной оценкой, необходимой для вычисления коэффициента конк-

рециеносности и других количественных показателей конкреционных комплексов.

При всех этих наблюдениях проводится по возможности детальный и пред-

ставительный отбор образцов для последующих камеральных и лабораторных

исследований.

При детальных литогенетических и стратиграфических исследованиях важ-

на добиваться не выборочного, а полного установления всех горизонтов зале-

гания конкреции в нормальном разрезе. Это необходимо и для правильного ка-

чественного определения конкреционного комплекса и особенно для определе-

ния количественных параметров. Выборочные определения отдельных непред-

ставительных образцов могут приводить к большим ошибкам при конкрецион-

ном анализе. Например, для правильной оценки господствующей климатической

обстановки нужно учитывать хотя бы приближенное, но достоверное соотноше-

ние Fe- и Са-карбонатных конкреций в комплексе конкреций данного слоя или

пачки слоев и характер их вариаций в нормальном разрезе и на площади.

Вместе с тем не надо добиваться чрезмерной точности подсчетов. Методика

подсчетов конкреций описана в литературе на примерах угленосных и неугле-

носных формаций Печорского, Донецкого, Кузнецкого и других бассейнов. Под-

считываются коэффициенты конкрециеносности (KK), т. е. объемной доли со-

держания конкреций в данной толще, которому приближенно соответствуют

линейный подсчет—-процент отношения суммарной мощности пересечений кон-

креций в данном нормальном разрезе к общей мощности вмещающей толщи

(А. В. Македонов, 1954 г.; В. М. Тимофеев, 1957 г.; А. В. Македонов, П. В. За-

рицкий, 1968 г.); коэффициенты частоты конкрециеобразования (количество

конкреционных прослоев на единицу разреза), относительной встречаемости

различных групп конкреций и т. д.

Уже при полевых работах и затем при всей последующей обработке полевых

материалов все данные конкреционного анализа сопоставляются с данными ли-

тогенетического анализа вмещающих пород и их парагенезиса. При этом надо

учитывать, что свойства конкреций отражают условия образования не только

непосредственно вмещающих пород, но и элементарного парагенезиса осадков

и пород, связанного с единой ландшафтной обстановкой и типом движений

субстрата.

18—556

273

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Вассоевич Н. Б., Гладкова Е. Г. О необходимости упорядочения термин-

клатуры, связанной с периодичностью и цикличностью литогенеза, нефтеобра-

зования и других природных явлений. — В кн.: Современные проблемы геологии

и геохимии горючих ископаемых. M.., Наука, 1973, с. 9—31.

Иванова И. Н. Двустворчатые моллюски и условия осадконакопления

(литолого-палеоэкологический и актуалистический анализ позднепалеозойских

отложений юга Западной Сибири и мелководья некоторых морей СССР). M.,

Наука, 1973, 164 с.

Ископаемые органогенные постройки, рифы, методы их изучения и нефте-

газоносность. M., Наука, 1975, 235 с

Карогодин Ю. Н. Ритмичность осадконакопления и нефтегазоносность,

M., Недра, 1974, 176 с.

Методические указания по геологической съемке м-ба 1 :50

ООО.

Л., Нед-

ра, 1974.

6. Основные теоретические вопросы цикличности седиментогенеза. M., Наука,

1977,

с.

Периодические процессы в геологии. Л., Недра, 1976, 262 с.

8. Ритмичность природных явлений. Л., Наука, 1973, 255 с.

Глава 21

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

§ 1. ОБЩАЯ СХЕМА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ

Лабораторные методы исследования осадочных пород охватывают собст-

венно аналитические методы исследования и методы подготовки проб и разде-

ления минералов на фракции по их физическим и химическим свойствам. Важ-

нейшими аспектами этих исследований являются обработка, хранение и интер-

претация первичной аналитической информации.

Начинаются лабораторные исследования осадочных пород с подготовки

исходной пробы к аналитическим исследованиям. Соотношение различных ме-

тодов подготовки проб, их связь с аналитическими методами исследования,

возможности их рационального комплексирования показаны на рис. 21-1. Не-

которые методы подготовки проб могут быть непосредственно использованы

для получения аналитической информации о вещественном составе и структур-

ных особенностях осадочных пород. К ним относятся различные виды грануло-

метрического и морфологического анализов, выделение нерастворимого остатка

и минералов тяжелой фракции и др.

Выбор метода подготовки проб в значительной мере предопределяет сте-

пень достоверности результатов любых аналитических исследований осадочных

пород. Если применяемый метод заметно искажает исследуемый признак поро-

ды,

аналитическое изучение этого признака теряет смысл. С этим связаны ос-

новные трудности подготовки проб и высокий уровень современных требова-

ний, предъявляемых к ее качеству. Так, при механической дезинтеграции проб

требуется исключить или, по крайней мере, свести к минимуму заражение

проб материалом дробящих и истирающих механизмов и ранее измельченных

проб. При подготовке к гранулометрическому и морфометрическому анализам

рыхлых и слабосцементированных обломочных пород необходимо обеспечить

возможна более полную дезагрегацию породы, не допуская при этом разруше-

274

ния и истирания мономинеральных частиц, слагающих агрегаты. Во многих

случаях это требование предъявляется и к методам дезинтеграции плотносце-

ментированных обломочных пород.

При использовании химических методов дезинтеграции и удаления отдель-

ных компонентов породы (например, различных по минеральному составу ти-

пов цемента) необходимо тщательно подбирать условия, обеспечивающие мак-

симально высокую избирательность воздействия применяемых химических ре-

агентов на данные минеральные компоненты [9].

Рис. 21-1. Общая схема подготовки осадочных пород к аналитическим исследованиям

При отборе части пробы для каких-либо исследований большое значение!

имеет правильное ее сокращение (квартование), обеспечивающее получение

представительной пробы требуемого объема, точно отвечающей по составу ис-

ходной массе породы.

В последние годы все более широко применяются различные приборы и ав-

томатизированные установки, обеспечивающие не только высокое качество, но

и высокую производительность при подготовке проб. Хорошо зарекомендовали

себя в практике лабораторных исследований отечественные керамические исти-

ратели ЛДИ-60 и ЛДИ-209, электромагнитные вибрационные ротапы и пробо-

делители, выпускаемые фирмами «Реч» и «Фрич» (ФРГ), а также автоматизи-

рованная установка УОЛП-15, обеспечивающая высокое качество дезагрегации

при одновременной подготовке 15 проб рыхлых и слабосцементированных пород

для гранулометрического анализа.

Аналитические методы исследования осадочных пород обеспечивают воз-

можность

изучения самих пород, минералов, химических элементов и изотопов.

Широкое внедрение современных инструментальных методов позволило в па-

18«

275

•следние два десятилетия почти во всех видах аналитических исследований рез-

жо повысить производительность труда и перейти от качественных оценок к

точным количественным и полуколичественным определениям. Комплекс мето-

дов,

которые применяются после того, как проба подготовлена к анализу (см.

рис.

21-1), показан на общей схеме аналитических исследований осадочных по-

род (рис. 21-2).

Аналитическое изучение сцементированных осадочных пород всегда следу-

ет начинать с их исследования в шлифах (Н. М. Страхов и др., 1957 г.). При

макроскопическом изучении пород в полевых условиях многие особенности их

строения и вещественного состава не улавливаются. С помощью тонких анали-

тических методов исследования можно детально изучить отдельные признаки

и компоненты породы, однако такое изучение не дает представления о породе в

целом. Когда непосредственно переходят от полевых наблюдений к тонким ана-

литическим исследованиям, минуя изучение породы в шлифах, теряется чрез-

вычайно ценная информация об условиях и истории формирования породы.

Именно микроскопическое изучение пород в шлифах восполняет пробел и обес-

печивает необходимую преемственность от достаточно грубых полевых наблю-

дений к тонким аналитическим методам их исследования. Предварительное изу-

чение пород в шлифах оказывает исследователю, кроме того, большую помощь

при постановке задач и определении стратегии дальнейших лабораторных ис-

следований пород.

Для изучения структур, текстур и коллекторских свойств осадочных пород

более широко применяются (S. Sarkisyan, 1971 г.) сложные оптические и теле-

визионно-оптические системы, позволяющие в автоматическом и полуавтомати-

ческом режимах производить количественный подсчет частиц определенного

размера, формы и минерального состава, изучать количественную основу поро-

вого пространства, автоматическим путем получать информацию о геометрии

отдельных частиц и пор (площадь, периметр, длина осей и т. д.), протяжен-

ности и преимущественной ориентировке границ минеральных зерен, трещин и

других параметров (С. Саркисян, 1971 г.). Такие системы, как правило, укомп-

лектованы электронно-вычислительными устройствами, обеспечивающими накоп-

ление и экспрессную статистическую обработку результатов наблюдений по

стандартным или специально составленным для решения каких-либо частных

задач программам 16]. С наибольшим эффектом такие системы используются

при изучении в шлифах, штуфах, пришлифовках и полировках структурных и

текстурных особенностей плотносцементированных обломочных пород. Возмож-

ности их применения для изучения минерального состава пород ограничены.

При исследовании формы песчаных зерен 15] из рыхлых и слабосцёменти-

рованных отложений весьма перспективен предложенный Л. Б. Рухиным

(1962 г.) метод их разделения с помощью вибрационного сепаратора.

Методы изучения химического состава осадочных пород при всем их мно-

гообразии не заменяют, а дополняют друг друга. Одни из них позволяют опре-

делять содержания основных породообразующих элементов, другие — элемен-

тов-примесей, третьи

—•

определенной группы химических элементов. Возможно-

сти применения каждого из этих методов разные и зависят от типа породы,

примерного содержания в ней определяемого элемента, присутствия других эле-

ментов. Поэтому для решения вопроса о рациональном комплексировании ме-

тодов изучения химического состава породы необходима предварительная ори-

ентировочная оценка ее валового состава, которую проще всего получить, про-

276

Рис. 21-2. Общая схема аналитических исследований осадочных пород

ведя приближенно-количественный спектральный анализ на 45 элементов. Окон-

чательное решение при выборе метода исследования следует принимать со-

вместно с представителем лабораторной службы исходя из задач исследования

и состава анализируемой породы.

Наиболее массовым методом изучения химического состава осадочных по-

род в настоящее время является эмиссионный спектральный анализ. Внедре-

ние в практику спектроскопических исследований плазмотронов и многоканаль-

ных квантометров, обеспечивающих более высокую точность и экспрессность

спектрального анализа, обеспечило дальнейшее развитие этого метода на стро-

гой количественной основе и сделало его одним из наиболее перспективных коли-

чественных методов исследования химического состава горных пород.

Из других методов этой группы весьма перспективными являются методы

рентгеноспектрального анализа и атомно-абсорбционный анализ [1, 11], возмож-

ности которых по мере разработки и внедрения все более совершенной аппара-

туры быстро расширяются.

При изучении минерального состава осадочных пород ведущую роль игра-

ют традиционные кристаллооптические методы исследования (В. Б. Татарский,

1965 г.). Наиболее универсальным из них был и остается иммерсионный метод

[4,

9, 13], который широко используется при изучении всех типов осадочных

пород.

Для исследования минерального состава карбонатных, сульфатных, глини-

стых пород, бокситов и некоторых других видов минерального сырья,* связан-

ного с осадочными породами, наиболее эффективно комплексное применение

термического и рентгеноструктурного анализов и др. [1, 8, 12].

Совершенствование термоаналитической аппаратуры и методов термиче-

ского анализа существенно расширило в последние годы возможности этого

вида исследований и обеспечило переход от качественных оценок минерального

состава названных выше типов пород к точным количественным определениям.

Для изучения газообразных продуктов диссоциации, образующихся при

нагревании карбонатов, сульфатов и некоторых других минералов, обычно

применяются масс-спектрометрический, газотитриметрический и газохромато-

графический методы.

Опыт, накопленный в области фазового минералогического анализа осадоч-

ных пород методами, инфракрасной, мессбауэровской спектроскопии и спектро-

скопии комбинационного рассеяния, еще недостаточен для окончательной оцен-

ки возможностей этих методов. В настоящее время они успешно используются

лишь для решения частных задач [10].

Широкое внедрение в течение двух последних десятилетий современных ин-

струментальных методов привело не только к повышению метрологического

уровня аналитических исследований осадочных пород, но и к резкому увели-

чению общего объема аналитической информации. Резко возросли и затраты

рабочего времени, необходимого на ее обработку. В связи с этим возникла

необходимость разработки и внедрения в практику лабораторных исследований

принципиально новых методов регистрации, обработки и хранения первичной

аналитической информации (ПАИ). В настоящее .время эта проблема успеш-

но решается с помощью современной электронно-вычислительной техники и

средств автоматизации.

Аналитические исследования осадочных пород можно проводить методами

(рис.

21-3): 1) с визуальной и фотографической регистрацией результатов,

278

Рис. 21-3. Общая схема регистрации, обработки и хранения результатов

аналитических исследований осадочных пород