Методы изучения и описания карбонатных пород

При исследовании карбонатных пород используется достаточно широкий набор методов. Так, для точного установления минерального состава эффективными являются термический и рентгеноструктурный анализы. Достаточно распространенным, хотя и косвенным, методом определения минерального состава является химический анализ. В процессе массового, так называемого шестикомпонентного анализа определяется содержание нерастворимого в соляной кислоте остатка, полуторных оксидов ( R2O3), CaO1 MgO, CO2, SO3, а затем по этим данным рассчитывается содержание кальцита, доломита, гипса (если присутствует SO3). Для обычных известково-доломитовых пород метод дает вполне удовлетворительные результаты.

Для очень тонкозернистых пород относительно универсальным методом является сканирующая (или растровая) электронная микроскопия. Она позволяет в сколах определить размер и морфологию карбонатных минералов, т.е. структуру породы, а по морфологии кристаллов — их минералогию.

Как и для всех других пород, наиболее массовыми универсальными методами, хотя и не всегда достаточными, являются макроскопическое изучение пород в образцах и в шлифах под микроскопом.

Эти исследования позволяют установить состав породы, ее структуру и часто текстуру, т.е. дать наиболее полную характеристику породы. Отмеченные выше методы изучения состава пород позволяют уточнить и в каких-то частях детализировать характеристику, получаемую при изучении шлифов.

При изучении и описании пород в образцах прежде всего устанавливается минеральный состав и соответственно название породы. Напомним, что известняки активно реагируют с соляной кислотой, доломиты реагируют только в порошке, на мергелях остается глинистый нерастворимый остаток.

При наличии железистых карбонатов после реакции (затрудненной) появляется зеленоватое или желтоватое пятно.

Далее фиксируются цвет и оттенки цвета породы, плотность и крепость, излом, структура и, если позволяет размер образца, текстура, включения и вторичные изменения, наличие видимых невооруженным взглядом пустот, трещин и т.д.

Особое внимание уделяется органическим остаткам; при их наличии отмечается размер, степень сохранности, по возможности групповой состав (фораминиферы, кораллы, брахиоподы и т.д.).

При изучении породы в шлифах необходимо прежде всего установить ее состав, т.е. является данная порода известняком или доломитом, отметить и описать основные структурные компоненты породы — форменные элементы и кристаллическую массу, по возможности микротекстуру, вторичные изменения и характер пустотного пространства. Примерная типовая схема описания может выглядеть следующим образом.

1. Общее название породы.

2. Описание органических остатков.

2.1. Наличие или отсутствие остатков организмов.

2.2. Количество их в процентах от площади шлифа.

2.3. Характер распределения в породе.

2.4. Групповой состав организмов.

2.5. Степень сохранности органических остатков в целом и отдельных групп организмов в частности.

3. Описание нескелетных форменных элементов.

3.1. Наличие или отсутствие таких форменных элементов.

3.2. Количество их в процентах.

3.3. Характер распределения в породе.

3.4. Тип форменных элементов (оолиты, сгустки т.д.), их размеры, форма и внутренняя структура, относительное количество каждого из них.

4. Описание кристаллической части породы.

4.1. Наличие или отсутствие кристаллической части.

4.2. Количество в процентах от площади шлифа.

4.3. Характер распределения в породе.

4.4. Минеральный состав кристаллической части.

4.5. Структура; при полиминеральном составе — структура каждой минеральной составляющей и их соотношения.

4.6. Если кристаллическая часть служит цементом — описание типа цементации.

5. Описание некарбонатных примесей.

5.1. Наличие или отсутствие примесей некарбонатного состава (обычно обломочных кварцевых и силикатных), а также сульфатных, опаловых и др.

5.2. Количество их в процентах.

5.3. Характер распределения в породах.

5.4. Минеральный состав.

5.5. Структурная характеристика - размер, форма и т.д.

6. Описание микротекстур, если таковые наблюдаются.

7. Описание вторичных изменений.

7.1. Наличие и тип вторичных изменений.

7.2. Масштабы и степень вторичных изменений.

8. Описание пустотного пространства.

8.1. Наличие или отсутствие пустотного пространства.

8.2. Типы пустот (поры — межформенные, внутриформенные и т.д., каверны, трещины).

8.3. Количество пустот в процентах от площади шлифа в целом и их разных типов.

8.4. Размер, форма, сообщаемость пустот.

8.5. Наличие и степень вторичного заполнения пустот и состав заполняющих минералов.

9. Развернутое название породы с указанием структуры и выводы об условиях ее образования.

Учитывая, что это лишь общая схема, а породы очень разнообразны, к этой схеме необходимо сделать ряд примечаний и дополнений.

Как и любая, данная схема лишь намечает основные пункты, которые должны быть отражены в описании. В каждом конкретном случае меняется порядок описания и степень подробности характеристики тех или иных структурных элементов.

Так, если в породе преобладают оолиты, следует назвать породу известняком оолитовым, описать оолиты, затем другие скелетные и нескелетные элементы, некарбонатные примеси и лишь затем характер цементации этих форменных элементов. Аналогично, если в породе преобладает кристаллическая масса, то сразу же надо отметить породу как известняк (доломит) кристаллической структуры и дать полное описание кристаллической массы, а затем описать те скелетные и нескелетные форменные элементы и силикокластику, если они присутствуют в породе.

Структуры кристаллических разностей карбонатных пород, равно как и цементов зернистых разностей, характеризуются теми же показателями, что и структуры любых кристаллических пород — размером и формой кристаллов, их взаимным расположением, однородностью размеров и т.д.

Аналогично описываются и типы цементации. Надо отметить, что кроме обычных карбонатных минералов — кальцита и доломита — в кристаллических доломитах и в цементе других карбонатных пород нередко присутствуют сульфаты — ангидрит, реже гипс, которые необходимо отметить и описать отдельно.

Как уже отмечалось, в карбонатных породах существуют и специфические цементы типа микросталактитовых, менисковых и др.

Некоторые вторичные процессы означены выше в разделе 7.5. При изучении шлифов их необходимо зафиксировать.

Так, при описании перекристаллизации отмечается форма и размер перекристаллизованных участков (неправильные гнезда, прослойки и т.п.), размер и форма в этих участков и т.п. Перекристаллизация может затрагивать и форменные элементы, например, оолиты, сгустки и т.д. При наличии стилолитов необходимо отметить их амплитуду, по степени срезания форменных элементов попытаться установить величину усадки и т.п. В случае постседиментационной доломитизации устанавливается характер замещения форменных элементов, наличие «теней», «фантомов» первичных структур, особенно следов органических остатков. К вторичным образованиям относятся трещины; отмечается их густота, толщина, открытость или заполнение минеральным веществом; в последнем случае описывается минералогия заполнения.

Для геологов-нефтяников важное значение имеет выделение и описание пустотного пространства карбонатных пород.

Среди первичных пустот можно отметить внутриформенные, межформенные, среди вторичных — каверны выщелачивания, трещины. Надо, однако, отметить, что далеко не всегда удается выделить и описать пустотное пространство в обычных петрографических шлифах. Для лучшего изучения κοллекторских свойств обычно породу перед изготовлением шлифа насыщают окрашенными смолами.