3.5. Карбонатные породы
К карбонатным породам относятся породы, содержащие не менее 50 % карбонатных минералов.
Главные породообразующие минералы: кальцит, доломит, арагонит, анкерит, железисто-магнезиальные карбонаты.
В виде примесей присутствуют: глинистые минералы, обломочные частицы, сульфиды, оксиды железа и марганца, захороненное органическое вещество, битумоиды.
Важнейшими породообразующими организмами строящими карбонатитный скелет, являются простейшие, главным образом, кокколитофориды и фораминиферы, а также мшанки, кораллы, криноиды, брахиоподы, моллюски, остракоды и различные известковые водоросли.
Карбонатные породы делятся по составу на известняки, доломиты и магнезит, а более детально – по структурным и генетическим признакам. Схема формирования известковых пород приведена на рис. 8, доломитовых пород на рис. 3.5.1.
Рис. 3.5.1. Схема формирования известковых пород
3.5.1. Источник и мобилизация материала
Источником материала для формирования карбонатных пород являются магматические, осадочные и метаморфические породы, подвергающиеся выветриванию. Химическое и биохимическое выветривание пород, содержащих Са и Мg – в присутствии вездесущей углекислоты и, особенно при ее избытке, приводит к образованию бикарбонатных соединений, в частности Са(НСО3)2.
Эти соединения имеют высокую растворимость, способствующюю мобилизации кальция и магния в миграционные процессы.
Другим источником вещества для формирования карбонатных пород являются вулканические извержения, которые, наряду с твердыми продуктами, выносят огромные количества газообразных и жидких веществ.
В результате смешения растворенных веществ, приносимых с суши и поступающих при извержениях, а также в результате газового обмена с атмосферой создается своеобразная гидрохимическая система. Важно подчеркнуть, что катионный состав ее определяется, в основном, континентальным сносом, а анионный – вулканическими, преимущественно подводно-морскими эксгаляциями.
Растворы перемещаются в пониженные участки земной коры. На континенте – это карсты, озера, а за пределами – моря и океаны.
3.5.2. Накопление карбонатных осадков
Накопление карбонатного материала осуществляется хемогенным, биогенным и более сложным – хемобиогенным путем.Хемогенным путем осуществляется накопление карбонатного материала при испарении вод подземных источников, насыщенных бикарбонатами, при выходе их на дневную поверхность, или при просачивании в карстовых полостях. Так образуются известковые туфы (рис. 3.41), травертины (рис. 3.38, 3.39, 3.40), сталактиты и сталагмиты.
При широком площадном просачивании известесодержащих вод к поверхности под действием капиллярных сил образуются каличе и древние их более плотные аналоги – калькреты. Химическому осаждению известкового материала в этом случае способствует испарение вод, в районах с ограниченным выпадением осадков в условиях аридного и семиаридного климата.
Подобным способом происходит и образование криптокристаллических карбонатных пород таких, как криптогенные известняки, оолитовые породы, мергели, доломитовые породы.
Для криптокристаллических пород, в частности доломитовых, характерны тонкослоистые и параллельно-слоистые текстуры, трещины усыхания, водорослевые узоры, иногда комковатые, оолитовые структуры. Наличие среди примесных минералов гипса, ангидрита. Все эти признаки указывают на формирование пород в мелких соленых водоемах, со слабой динамикой среды, в условиях жаркого сухого климата.
Однако такая особенность криптокристаллических доломитовых пород, как присутствие захороненного органического вещества, и повсеместные примазки битумоидов, дают возможность предполагать и широкое участие живого вещества и керогена типа-II в их формировании. При этом не исключается влияние водорослей и микроорганизмов на процесс осаждения карбонатов, не исключается и роль биохимических реакций в их накоплении.
Биогенный способ накопления карбонатов является преобладающим в настоящее время. Ведущим он был и в геологическом прошлом. Этот способ предполагает накопление карбонатов, преимущественно карбоната кальция, в скелетах организмов, а затем, после их отмирания, и – в осадках.
Благоприятными условиями для накопления биогенных карбонатных осадков являются:
теплый семиаридный климат;
обилие питательных веществ (зоны фотосинтеза, зоны апвеллинга и срединно-океанических хребтов и прибрежные зоны морей и океанов);
чистые воды;
безвредный для организмов газовый режим и ограниченное количество СО2 в воде;
слабая минерализация вод, несколько повышенная величина рН и Eh;
повышенная температура вод > 25° С;
давление столба воды не выше 42-47 МПа.
Наиболее распространенными биогенными карбонатными породами являются: мел, ракушняковые, водорослевые, рифогенные известняки, глобигериновые илы. Кроме этих чисто биогенных пород, широко распространены разновидности, содержащие обломочный, хемогенный, хемобиогенный материал. Они накапливаются в разных фациальных обстановках – от пляжевых морских до абиссальных фаций ложа океанов. Среди них прослеживается некоторая закономерная сменяемость пород при переходе от мелководных фациальных обстановок к глубоководным .
В условиях прибрежно-морских фаций в зонах активной динамики водной среды накапливаются ракушняковые, обломочные, органогенно-обломочные (детритусовые) известняки.
В зонах пассивной динамики водной среды в бассейнах со слабой аэрацией, обычно в условиях жаркого климата накапливаются доломиты, оолитовые, комковато-сгустковые известняки. В них определяющее влияние в накоплении карбонатного материала оказывают не столько организмы, строящие карбонатный скелет, сколько известковые водоросли и колонии микроорганизмов.
В условиях шельфовых фаций накапливаются коралловые известняки, а также сопровождающие их детритусовые, водорослевые, ракушняковые известняки (рис 3.42, 3.43).
В условиях батиальных фаций накапливаются рифогенные органогенно-обломочные известняки, а также известняки фораминиферовые и птероподовые.
В условиях абиссальных фаций накапливаются фораминиферовые, кокколитовые известняки, глобигериновые илы.