II. Обломочные породы

Классификация. Систематика обломочных пород основана, прежде всего, на структурном принципе. Учитываются размер обломочных частиц, степень их окатанности, наличие цемента и степень метаморфизации породы. Дифференциация подчиненного порядка определяется различием минерального состава обломочных зерен и присутствием обломков пород или сростков минеральных зерен.

По структуре обломочные породы подразделяются на четыре группы:

• грубообломочные, или псефитовые (размер основной массы обломков более 1 мм);

• песчаные, или псаммитовые (от 1 до 0,1 мм);

• пылеватые, или алевритовые (от 0,1 до 0,01 мм);

• глинистые, или пелитовые (менее 0,01 мм).

Терминология названий осадков и осадочных пород меняется в зависимости от наличия цемента и при переходе осадочной породы в метаморфизованную осадочную породу.

В свою очередь, каждая из указанных выше групп осадков или осадочных пород подразделяется на подгруппы с учетом, с одной стороны, размеров частиц и, с другой, - степени окатанности обломков (табл. 1).

Грубообломочные породы (псефиты). Наиболее распространенными разностями грубообломочных осадков являются галечно-валунные, песчано-гравийно-галечные и дресвяно-щебнево-глыбовые, отличающиеся обычно большим диапазоном крупности обломочных частиц. Среди грубообломочных осадочных пород выделяются конгломераты и брекчии. По вещественному составу они в свою очередь подразделяются на поликомпонентные - полимиктовые, состоящие из обломков пород разного петрографического состава, олигомиктовые (2-3 компонента) и однокомпонентные.

Генезис. Грубообломочные осадки отлагаются обычно в горных реках, а также на берегах морей и озер. На больших по площади территориях они являются также результатом деятельности ледников. Ниже приведем описание наиболее распространенных генетических типов грубообломочных осадков и соответствующих им пород.

Таблица 1

Сводная классификация обломочных осадков и пород

Группа	Подгруппа	Размер частиц, мм	Осадок		Осадочная порода		Метаморфизованная осадочная порода
			окатанные	неокатанные	окатанные	неокатанные	окатанные	неокатанные
П с е ф и т ы	Глыбовые	>1000	Окатанные глыбы	Неокатанные глыбы	Глыбовый конгломерат	Глыбовая брекчия	Метаморфиз. глыбовый конгломерат	Метаморфиз. глыбовая брекчия
	Валунные	1000- 500	Валуны крупные	Неокат. валуны крупные	Валунный конгл. крупный	Валунная брекчия крупная	Метамор. валун. конглом. крупный	Метамор. валун. брекчия крупная
	«	500- 100	Валуны мелкие	Неокат. валуны мелкие	Валун. конглом. мелкий	Валун. брекчия мелкая	Метамор. валун. конглом. мелкий	Метамор. валун. брекчия мелкая
	Галечные	100- 50	Галька крупная	Щебень крупный	Галечн. конглом. крупный	Щебневая брекчия крупная	Метамор. галечн. конглом. крупный	Метамор. щебн. брекчия крупная
	«	50-10	Галька мелкая	Щебень мелкий	Галечн. конглом. мелкий	Щебневая брекчия мелкая	Метамор. галечн. конглом. мелкий	Метамор. щебн. брекчия мелкая
	Гравийные	10-5	Гравий крупный	Дресва крупная	Гравелит крупный	Дресвит крупный	Метамор. гравелит крупный	Метамор. дресвит крупный
	«	5-1	Гравий мелкий	Дресва мелкая	Гравелит мелкий	Дресвит мелкий	Метамор. гравелит мелкий	Метамор. дресвит мелкий
Псаммиты	Крупнопесчаные	1,0- 0,5	Песок крупнозернистый		Песчаник крупнозернистый		Кварцитопесчаник крупнозернистый
	Среднепесч.	0,5-0,25	Песок среднезернистый		Песчаник среднезернистый		Кварцитопесчаник среднезернистый
	Мелкопесч.	0,25-0,1	Песок мелкозернистый		Песчаник мелкозернистый		Кварцитопесчаник мелкозернистый
Алевриты	Грубые	0,1-0,05	Алеврит грубый		Алевролит грубый		Алевролитовый сланец грубый
	Тонкие	0,05-0,01	Алеврит тонкий		Алевролит тонкий		Алевролитовый сланец тонкий
Пелиты	Грубые	0,01-0,001	Глина грубая (грубодисперсная)		Аргиллит грубый		Глинистый сланец грубый
	Тонкие	<0,001	Глина тонкая (тонкодисперсная)		Аргиллит тонкий		Глинистый сланец тонкий

Конгломераты (галечники) - это один из наиболее распространенных типов грубообломочных пород. В зависимости от генезиса они заметно различаются по структуре, вещественному составу, морфологии обломков и другим признакам. Так, морские галечники характерны для отдельных участков морских побережий – зон прибоя, зон сильных морских течений, захватывающих придонные области. Галечный материал в этих осадках хорошо окатан, обломки имеют гладкую блестящую поверхность, отмечается их хорошая сортировка по размеру. В петрографическом составе присутствуют только механически прочные породы (кварц, яшмы, кварцит). Пластовые залежи морских галечников часто залегают в основании осадочных толщ и получили название базальных галечников (конгломератов). Базальные конгломераты типичны для оснований трансгрессивных свит и часто залегают с угловым или стратиграфическим несогласием. Внутриформационные конгломераты и конгломерато-брекчии формируются в процессе кратковременной регрессии моря, подводных оползней и т.д. Для них характерны слабая окатанность обломков, в составе обломков присутствуют, а иногда преобладают мягкие, неустойчивые к длительному переносу породы (глины, слабосцементированные алевролиты и т.д.).

Аллювиальные галечники (конгломераты) широко распространены в долинах горных рек. Они отличаются плохой сортировкой обломочного материала по крупности, присутствием обломков разной степени окатанности, смешиванием разнородного по петрографическому составу материала, в т.ч. механически слабо устойчивых типов пород (известняков, гнейсов, сланцев, песчаников и др.). Гальки удлиненной формы обычно располагаются с наклоном против течения, углы наклона крутые.

Флювиогляциальные галечники (конгломераты) размещаются по периферии зон материкового оледенения. Они образуются в результате перемыва моренного материала. Галька и сопутствующие валуны несут на своей поверхности следы ледникового переноса (ледниковые шрамы). Степень сортировки материала по крупности несовершенная. Моренный ледниковый конгломерат известен как тиллит.

Пролювиальные галечники (конгломераты) приурочены к предгорным зонам. Отличаются слабой сортировкой крупнообломочного материала по крупности и невысокой степенью окатанности обломков. Удлиненная галька наклонена против течения потока (в сторону гор) с крутыми углами наклона.

Эоловые галечники и конгломераты встречаются редко, в основном на участках пустынь с частыми ураганными ветрами. Отмечены в пустыне Гоби и на тихоокеанском берегу Южной Америки.

Брекчии и дресвяно-щебнистые осадки характерны для предгорий и гор и формируются при слабом воздействии водного потока на обломочный материал. Типично отсутствие сортировки неокатанных обломков по крупности.

Среди генетических типов брекчий выделяются:

1. обломочные, образованные в процессе осыпей, обвалов, физического выветривания, действия волн и т.д.;

2. вулканические, являющиеся результатом смешения продуктов извержения вулканов с обломочным материалом;

3. сопочные, формирующиеся после грязевых потоков;

4. тектонические, приуроченные к зонам разломов;

5. химические брекчии, причиной образования которых являются процессы гидратации, почвообразования и др.;

6. литогенетические, образующиеся в ходе уплотнения осадков на стадиях катагенеза и метагенеза.

В подгруппе обломочных брекчий различаются брекчии обвалов и оползней, осыпей, селевых потоков, ледниковые, донные, элювиальные, карстовые и диагенетические.

Текстура грубообломочных пород слоистая (косослоистая, диагонально слоистая), неяснослоистая, массивная (неслоистая), линзовидная.

Структура грубообломочных пород обычно обусловлена сочетанием трех составных частей: обломочного каркаса, заполнителя (матрикса) и цемента. Каркасом считается наиболее крупный обломочный материал, составляющий основу породы. Зерна заполнителя размещаются в промежутках между обломками каркаса и по размерности часто соответствуют песчаным и гравийным частицам. Материал цемента заполняет оставшиеся пустоты в породе. Цемент по составу может быть известковым, кремнистым, железистым, фосфатным, глинистым и т.д.

В связи с этим описание структуры грубообломочных пород является довольно сложным и многоплановым. Даже обломки каркаса часто имеют существенно разные размеры, из-за чего структура каркаса нередко описывается как валунно-глыбовая, галечно-валунная, гравийно-галечная и т.д. Описание структуры на втором уровне касается заполнителя. Типичные природные осадки имеют песчаный, песчано-алевритовый или песчано-алеврито-глинистый заполнитель. При характеристике цемента осадочной породы указываются его тип и структура. Часто при этом используют лупу с большим увеличением.

Типы цемента в осадочных породах разнообразны и зависят от времени и способа образования, объема в породе, характера распределения, степени кристалличности вещества.

По объему цемента в породе и способу цементации выделяют три основных типа цемента:

• базальный, когда обломки каркаса не соприкасаются друг с другом; по объему он занимает значительную долю в породе;

• поровый, когда обломки каркаса соприкасаются друг с другом, а цемент заполняет оставшиеся поры, объем цемента существенно меньше;

• контактовый, когда обломки каркаса и заполнителя плотно прилегают друг к другу, цемента мало и приурочен он в основном к контактам зерен.

По способу образования различают типы цемента:

• крустификационный – представляет собой обрастание обломочных зерен аутигенными минералами;

• регенерационный – образуется в результате нарастания каемок вокруг обломочных зерен, сложенных тем же самым веществом;

• коррозионный – образуется в процессе коррозии (растворения) обломочных зерен и одновременной цементации оставшихся их фрагментов;

• цемент выполнения – цементация породы происходит в результате заполнения пустот, не связанного с изменением обломков.

По степени кристалличности вещества различают кристаллический и аморфный цементы.

Структура цемента в обломочных породах в значительной степени зависит от размеров, формы и ориентировки минеральных частиц. Выделяют следующие виды структуры кристаллического цемента:

• беспорядочно зернистая, когда частицы цемента не имеют определенной формы и ориентировки;

• пойкилитовая (фонтенбло) – это ориентированные в одном направлении крупные кристаллы цемента с включением обломков;

• радиально-лучистая – зерна цемента имеют радиально-лучистое строение;

• волокнистая – зерна цемента имеют волокнистое строение.

В большинстве случаев порода содержит несколько типов цементов, т.е. цемент в них относится к смешанному типу. Это обусловлено наложением друг на друга нескольких стадий цементации породы.

Для метаморфизованных грубообломочных пород выделяются особые типы структур, сформировавшиеся в результате проявления процессов метагенеза:

• конформно-регенерационная – сочетание процессов растворения и регенерации обломочных зерен, в результате которых они наиболее плотно располагаются в пространстве;

• мозаичная (гранобластовая) – цемент практически отсутствует, зерна непосредственно соприкасаются друг с другом, причем их края частично перекристаллизованы, порода имеет кварцитовидное строение;

• шиповидная и зубчатая – контакты между зернами зазубренные, образуются в результате растворения под давлением и перекристаллизации под воздействием стресса;

• сланцеватая – характерна для глинистых пород, испытавших глубокие изменения и особенно влияние давления, в результате чего чешуйки минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюд и др.) располагаются параллельно друг другу;

• линзовидно-сегрегационная – также типична для глинистых пород, в которых частицы кварца, хлоритов, слюд и других минералов образуют отдельные линзы, последние же группируются в полосчатые образования.

Для конгломератов, которые подверглись сильному давлению в процессе метагенеза, характерно присутствие характерных выемок на гальках, т.е. ямок вдавливания. Особенно заметны они на карбонатных и других гальках, отличающихся пониженной твердостью.

Форма залегания грубообломочных пород пластовая, линзовидная, гнездовая и т.д.

Полезные ископаемые. С рыхлыми грубообломочными отложениями связаны месторождения строительного сырья. Галька и щебень применяются как балластный материал и для приготовления бетона. Некоторые разности брекчий используются как декоративный камень. В грубообломочных осадках сосредоточена основная масса россыпных месторождений полезных ископаемых (алмазов, золота, платиноидов, касситерита, драгоценных камней и др.). К метаморфизованным конгломератам приурочены крупнейшие в мире месторождения золота, из которых попутно извлекаются алмазы, платиноиды и некоторые другие металлы (месторождение Витватерсранд, ЮАР).

К отложениям древних русел рек могут быть приурочены месторождения урана – т.н. «ролловые». Литологически они представлены грубообломочными породами. Урановые минералы (настуран, уранофан, отунит, коффинит, уранинит, гидронастуран) образуются на стадии диагенеза и становятся, таким образом, составной частью цемента.

К пластам галечников нередко приурочены месторождения подземных вод высокого качества. Особенно ценными являются подаллювиальные и внутриаллювиальные воды, которые используются в качестве питьевой воды и в других целях.

Пример описания

Гравелит полимиктовый, литоидный, характеризуется неравномерной коричневато-серой окраской со слабым зеленоватым оттенком за счет присутствия обломков яшмы зеленовато-серого цвета. Структура породы равномерно-мелкогравийная, с размером обломочных частиц от 2 до 5 мм. Текстура плотная массивная. Обломки хорошо окатаны и представлены зеленовато-серой яшмой (40%), кварцитом светло-серого цвета (25%), коричневато-серым кремнем (35%). Тип цемента порово-базальный и характеризуется глинисто-карбонатным составом (наблюдается реакция с разбавленной соляной кислотой, после реакции остаётся грязная плёнка на светлоокрашенных зёрнах).

Вопросы для самопроверки

1. Какие принципы положены в основу классификации обломочных пород?

2. Как отличить брекчию от конгломерата, а дресвит от гравелита?

3. Перечислите основные генетические типы грубообломочных пород.

4. Чем отличается заполнитель (матрикс) от цементной массы?

5. Перечислите основные виды цементации обломочных пород.

6. Какие полезные ископаемые могут быть связаны с грубообломочными отложениями?

Песчаные породы (псаммиты). Делятся на рыхлые (пески) и сцементированные (песчаники, кварцитопесчаники и песчаникокварциты) разности. Породообразующими минералами в них являются кварц (SiO₂), калиевые полевые шпаты (ортоклаз и микроклин – K[AlSi₃O₈]), плагиоклазы (от альбита – Na[AlSi₃O₈] до анортита – Ca[Al₂Si₂O₈]), слюды (мусковит – KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂, биотит – K(Mg,Fe)₃[AlSi₃O₁₀](OH,F)₂), обломки горных пород и глауконит – K(Mg,Al,Fe)₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂·nH₂O. Цемент в песчаниках бывает глинистым, карбонатным, кремниевым, железистым, хлоритовым, цеолитовым, фосфатным, сульфатным, часто полиминеральным. Многие песчаники содержат примесь органического вещества.

По минеральному составу выделяют полимиктовые, олигомиктовые и мономиктовые (мономинеральные) разности песчаных пород. К мономинеральным относятся кварцевые, полевошпатовые и глауконитовые пески и песчаники. Олигомиктовые пески и песчаники в минеральном отношении представлены двумя-тремя минеральными видами. Наиболее распространены кварцево-полевошпатовые, полевошпатово-кварцевые, глауконито-кварцевые разности. Полиминеральные разности представлены аркозами (преобладают кварц, полевые шпаты и слюды), граувакками (кварц и обломки горных пород) и породами смешанного состава (например, аркозо-граувакки) (рис. 1).

Рис. 1. Классификация песчаных и алевритовых пород по минеральному составу (по Логвиненко, 1984). Мономинеральные, или мономиктовые: 1 – кварцевые, 2 – полевошпатовые, 3 – литоидные; олигомиктовые: 4 – полевошпатово-кварцевые; 5 – кварцево-полевошпатовые; 6 – кварцево-литоидные; полиминеральные: 7 – аркозовые; 8 – литоидные аркозы; 9 – граувакковые; 10 – породы смешанного состава (аркозо-граувакки)

Разнообразие минерального состава приводит к заметному различию и в химическом составе песчаных пород (табл. 2). Однако кремнезем всегда является существенно преобладающим компонентом. В частности, в кварцевых песках его содержание нередко составляет 95-99%.

Текстуры песчаных пород, как правило, слоистые: косо- и диагонально-слоистые, горизонтально-слоистые, линзовидно-слоистые, волнистые. Иногда встречаются неслоистые или неяснослоистые толщи песчаников.

Структура песчаных пород обычно псаммитовая (крупно-, средне- и мелкозернистая), для пород смешанного состава – псаммо-псефитовая, псаммо-алевритовая, псаммо-пелитовая. Для метаморфизованных песчаных пород (кварцитопесчаников и песчаникокварцитов) характерны мозаичные, конформно-регенерационные, стилолитовые, шиповидные и бластопсаммитовые структуры.

Цемент в составе песчаников различается по количеству в породе, взаимоотношению с обломочными зернами, минеральному и химическому составу, характеру распределения, степени кристалличности вещества, ориентировке, последовательности и времени образования. В частности, по времени образования выделяют син- и эпигенетический цементы, степени кристалличности вещества – аморфный, кристаллический и полукристаллический.

Таблица 2