Глава III вещественный состав осадочных горных пород

Осадочный материал возникает за счет разрушения различных пород — магматических, метаморфических или ранее существовав­ших осадочных. По мере развития Земли увеличивается площадь, покрытая осадочными породами, и вследствие этого значение по­следних как источника осадочного материала, постепенно возра-

7* 195

стает. Однако на ранних этапах развития нашей планеты вся ее поверхность была покрыта породами магматическими, которые и послужили первичным источником осадочного материала.

Химический состав

Сравнение химического состава магматических (см. табл. 3) и осадочных (табл. 11) пород показывает, что процентные соот­ношения главнейших окислов, слагающих те и другие породы, близки по своим значениям.

В отличие от пород магматических в осадочных породах со­держится больше воды, углекислоты и органического углерода, что

отражает характер процессов в

Таблица

Средний химический состав осадочных пород

(по Ф. Кларку, с изменениями)

11

зоне осадкообразования, насы­щенной этими компонентами.

Компоненты	Содержание, %
А1203 MgO CaO ........ NaaO СОг С Прочие	58,53 13,07 2,00 3,37 2,51 5,44 1,10 2,81 4,28 4,94 0,65 1,30
	100,00

Другой важной особенностью состава осадочных пород являет­ся высокое содержание в них кальция, что пока не находит до­статочного обоснования. Весьма характерно также увеличение со­держания калия и уменьшение натрия, не компенсируемое из­бытком натрия в океане. Это приводит к некоторому дефициту натрия в стратисфере и гидро­сфере относительно состава маг­матических пород. Указанная особенность также является про­блемой, требующей специально­го исследования.

Окислительные условия, гос­подствующие на поверхности Земли, определяют преобладание в осадочных породах Fe₂0₃ отно­сительно FeO, а также высокое содержание в них сульфатной серы.

Все указанные выше особенности осадочных пород наиболее ярко выражены в платформенных отложениях, являющихся про­дуктом глубокого выветривания и далеко зашедшей дифференциа­ции. В отличие от них геосинклинальные осадки испытали менее существенные изменения и по своему составу ближе к породам, из которых они образовались.

Минеральный состав

Если сравнить средний минеральный состав магматических и осадочных пород, то мы увидим, что он окажется резко различ­ным. Магматические породы сложены силикатами и алюмосили­катами, образовавшимися в глубоких зонах земной коры и поэто-1S6

му неустойчивыми на ее поверхности (см. табл. 4). Эти минералы содержатся в осадочных породах в незначительном количестве или полностью отсутствуют в них. В то же время имеется большая группа минералов, характерных исключительно для осадочных по­род. Наконец, существуют минералы, встречающиеся как в маг­матических, так и в осадочных породах. Сказанное выше иллю­стрируется табл. 12.

Средний минеральный состав осадочных пород

(по М. С. Швецову)

Таблица 12

Минералы

Условия образования минералов

Оливин

Биотит

Роговая обманка

Авгит

Анортит

Магнетит

Титанит и ильменит . . . .

Альбит

Ортоклаз

Кварц . . „

Светлые слюды

Глинистые минералы . . . Железистые осадочные мине­ ралы

Доломит (частично сидерит)

Кальцит

Гипс и ангидрит

Фосфатные минералы . . . Органическое вещество .

Минералы, образующиеся в глубоких зонах земной коры и поэтому не­устойчивые в условиях земной по­верхности

Минералы, встречающиеся как в магматических, так и в осадочных породах, но резко преобладающие в первых. В небольшом количестве могут возникать в зоне осадкооб­разования

Минералы, образующиеся как из магматических расплавов, так н осадочным путем. В зоне осадко­образования устойчивы

Минералы, образующиеся преимуще-ствеиио осадочным путем

99,45

Источником осадочного материала кроме магматических пород могут также служить породы метаморфические и более древние — осадочные. Многие минералы метаморфических пород, образовав­шиеся в условиях высоких давлений и температур, оказываются неустойчивыми в зоне осадконакопления и разлагаются. Однако некоторые из типичных метаморфических минералов переходят в осадочные породы без изменения химического состава и встреча­ются в последних в качестве акцессорных.

Рассматривая минеральный состав осадочных пород, можно вы­делить две различные по своему происхождению группы минера­лов: 1) реликтовые и 2) минералы осадочного происхождения.

197

К первой группе относятся минералы магматические и мета­морфические, перешедшие в осадочные породы в неизмененном или частично измененном состоянии. Такие минералы называют ре­ликтовыми, обломочными, а также терригенными (terra — земля), т. е. поступившими в седиментационный бассейн с суши. Эти ми­нералы образовались за пределами бассейна осадконакопления и являются аллотигенными — принесенными в этот бассейн из об­ластей, служивших источником питания. Зерна реликтовых мине­ралов в результате механической обработки в процессе переноса в водной или воздушной среде обычно несут следы окатанности, т. е. имеют сглаженные углы и криволинейные очертания.

Породообразующими в осадочных породах являются лишь наи­более устойчивые при химическом выветривании реликтовые ми­нералы. Это кварц, полевые шпаты (главным образом натриево-калиевые и кислые плагиоклазы), слюды. Аллотигенные компонен ты могут быть также представлены обломками магматических метаморфических и более древних осадочных пород. Менее устой чивые и неустойчивые магматические и метаморфические минерал) частично или полностью разрушаются в процессе формировани осадочной породы и обычно не встречаются в древних породах (так, например, оливин появляется только в отложениях плейсто­цена или в современных осадках).

Терригенные минералы слагают группу обломочных горных пород, а в глинах и породах биогенного и химического происхож­дения могут присутствовать в качестве примеси.

Минералы осадочного происхождения относятся к группе аутигенных, т. е. образовавшихся на месте (in situ), в осадке или в породе. Подавляющая их часть возникает в процессе осадкона­копления (это так называемые седиментационные минералы), меньшее количество формируется в результате диагенетических и эпигенетических процессов.

Аутигенные минералы можно узнать в породе по ряду призна­ков. Для них характерны идиоморфные кристаллы или, наобо­рот, причудливые «лапчатые» очертания зерен. Аутигенные ми­нералы выполняют поры, каверны и трещины в породе, замещают или регенерируют обломочные зерна, образуют оолиты, сфероли-ты, микроглобули и ряд других специфических форм.

Некоторые из аутигенных минералов (кальцит, доломит) имеют широкое распространение и слагают мощные осадочные толщи, другие концентрируются в виде отдельных пластов, линз и стя­жений (минералы группы кремнезема, алюминия, фосфаты, пирит, сидерит, глауконит и др.), третьи встречаются в осадочных поро­дах редко, присутствуя в них в виде цемента, вкрапленников или отдельных стяжений (флюорит, барит, цеолиты и др.).

Особое место занимают глинистые минералы. Одни исследова­тели считают, что минералы этой группы представляют собой глав­ным образом новообразованные (аутигенные) продукты, возник­шие либо в ходе седиментации, либо в процессе диагенеза и эпи-

198

генеза. Другие полагают, что глинистые минералы зарождаются еще в области мобилизации вещества на водосборных площадях и испытывают в процессе переноса и отложения лишь более"*или менее значительные преобразования.

В отличие от минералов магматических, в составе которых наи­более широко распространены силикаты и алюмосиликаты, мине­ралы, образовавшиеся осадочным путем, являются во многих слу­чаях более простыми химическими соединениями — солями, окис­лами и гидратами окислов. Если также учесть, что довольно ча­сто осадочные породы, состоящие из аутигенных минералов, мо­номинеральны, то становится ясно, что такие породы представляют собой готовый химический продукт, который можно использовать для нужд промышленности или сельского хозяйства. Рассеянные в магматических минералах (характеризующихся обычно сложным химическим составом) железо, фосфор, марганец, алюминий и другие элементы, накапливаясь в процессе осадкообразования, создают залежи полезных ископаемых.

ХАРАКТЕРИСТИКА ГЛАВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Главными породобразующими компонентами осадочных пород являются:

1. реликтовые минералы и обломки пород;

2. минералы осадочного происхождения;

3. органические остатки;

4. вулканогенный материал.

Ниже рассмотрены породообразующие компоненты, за исклю­чением реликтовых минералов, которые были охарактеризованы в главе, посвященной магматическим породам.

Минералы осадочного происхождения Группа кремнезема

Наиболее распространенные минералы этой группы — опал, халцедон и осадочный кварц.

Опал

S\₂ • пН₂0. Аморфный.

п= 1,406—1,460.

Состав непостоянен. Содержание воды колеблется от 2 до 13— 14%, достигая иногда 34%. При нагревании часть воды теряется. Опал чаще всего бесцветен или молочно-белый, но иногда может в зависимости от примесей быть желтым, красным, голубым или черным. Блеск стеклянный до воскового. Полупрозрачные разности характеризуются опалесценцией. Плотность 1,9—2,5. В свежих за­боях горных выработок нередко мягок, но на поверхности быстро

199

твердеет (максимальная твердость 5—6) и становится хрупким. Излом раковистый.

В шлифе бесцветен. Обычно изотропен, но иногда слабо дву-преломляет вследствие внутренних напряжений. Показатели пре­ломления изменяются в широких пределах в зависимости от со­держания воды, но их значения всегда намного ниже, чем у ка­надского бальзама. Характерны отрицательный рельеф и ясно вы­раженная шагреневая поверхность (первая группа по Лодочнико-ву). С помощью полоски Бекке опал можно легко отличить от аморфного фосфата, характеризующегося резким положительным рельефом. От галита, флюорита и цеолитов опал отличается отсут­ствием спайности. Шагреневая поверхность позволяет отличить опал в шлифе от глинистых минералов и канадского бальзама.

Осадочный опал отлагается в морских водоемах. Он входит в состав многих кремнистых пород, а также выполняет пустоты и трещины в глйЬах, песчаниках и известняках. Опал слагает скеле­ты диатомовых водорослей, радиолярий и губок. Известны натеч­ные формы опала в виде сталактитов и кремнистых туфов. Опал легко переходит в халцедон и кварц. Этот минерал распространен преимущественно в кайнозойских породах, в мезозойских встреча­ется реже, в палеозойских отсутствует.

Халцедон

БЮг. Сингония не установлена.

п_е= 1,538—1,543; п₀ = 1,530— 1,533; п_е~п₀ = 0,008—0,010.

Оптически одноосный, положительный.

Ориентировка оптической индикатрисы: п_е\\с.

Халцедон является волокнистой или скрытокристаллическои разновидностью кварца. Некоторое различие в физических и оп­тических свойствах этих минералов объясняют наличием в халце­доне субмикроскопических пустот и небольшой примесью тонко­рассеянного опала. Цвет белый, серый, светло-желтый, бурый, зе­леный. Плотность 2,6. Твердость 6. Спайности не обнаруживает. Излом раковистый до занозистого.

В шлифе бесцветный. Цвета интерференции серые до белых. Имеются три разновидности халцедона, различающиеся по ори­ентировке оптической индикатрисы. У собственно халцедона волок­нистые кристаллы имеют прямое погасание и отрицательный знак удлинения, у кварцина — прямое погасание и положительное удли­нение, у лютецита — косое погасание (до 30°) к направлению уд­линения. Минералы группы халцедона наблюдаются в шлифах в виде веерообразных пучков, сферолитов, микрозернистых корочек вокруг обломочных зерен, колломорфных выделений и т. д.

Халцедон можно спутать в шлифе с гипсом. Отличительным признаком являются более высокие, чем у гипса, показатели пре­ломления (у гипса они всегда ниже 1,530). В сомнительных слу­чаях вопрос может быть решен при помощи микрохимической ре-

200

акции на кальций. В микрозернистых агрегатах халцедон очень похож на кварц, от которого отличается только более низким светопреломлением.

Халцедон является продуктом раскристаллизации опала, а так-^ же выпадает непосредственно из растворов, отлагаясь в порах и кавернах различных пород. Иногда образует псевдоморфозы по другим минералам или органическим остаткам. Встречается обыч­но совместно с опалом и кварцем.

Кварц

В осадочных породах присутствует кварц терригенный — маг­матического происхождения и кварц осадочный, образующийся в условиях поверхности земной коры.

В настоящем разделе охарактеризован кварц осадочного про­исхождения. Кристаллооптические константы кварца приведены в главе, посвященной магматическим минералам (см. стр. 94).

Зерна магматического кварца, перешедшие в осадочные поро­ды, обычно изометричные и более или менее окатаны. Осадочный кварц отличается от них отсутствием включений и неправильной формой, обусловленной формой той полости, в которой он отла­гался. Иногда при заполнении пустот и трещин в породах образу­ются агрегаты довольно крупных кристаллов длиннопризматиче-ского габитуса. В эпигенетически измененных песчаниках можно встретить каемки обрастания вокруг обломочных зерен магмати­ческого кварца, представленные аутигенным кварцем, имеющим ту же оптическую ориентировку, что и обломочное зерно.

В шлифах кварц можно спутать со сходными по характеру двупреломления полевыми шпатами. Однако последние имеют спайность, плагиоклазы обычно полисинтетически сдвойникованы, для натриево-калиевых полевых шпатов характерен более низкий показатель преломления, чем у канадского бальзама, в то время как у кварца он выше. В микрозернистых агрегатах кварц похож на гипс. Для последнего в отличие от кварца характерны спай­ность, более низкие показатели преломления, двуосность.

Осадочный кварц отлагается непосредственно из растворов, а также образуется в результате перекристаллизации опала и хал­цедона. Он широко распространен в кремнистых породах, запол­няет трещины, поровые пространства и другие полости в песчани­ках и известняках.