Краткий курс литологии

ски) и высокой степени efo дисперсности или коллоидной прйроды (например, цементы, представленные существенно глинистой, хло­ ритовой, фосфатной или опаловой массой и некоторые другие) могут практически не действовать на поляризованный свет и в скрещенных николях выглядят изотропными..

Кристаллические цементы характеризуются различными струк­ турами в зависимости от размеров кристаллов аутигенного мине­ рала (табл. 9.5). Как правило, цемент микрокристаллической структуры (например, кальцитовый) оценивается как сформиро­ вавшийся в процессе седиментогенеза, т. е. осадконакоплеиия.

Основные типы пород

Как указывалось, основными компонентами обломочной части песчаников в подавляющем большинстве случаев являются кварц,

обломков материнских пород, — к группе граувакк (рис. 9.12). Следует отметить классификацию, предложенную известным

американским литологом Ф. Дж. Петтиджоном (1975), согласно которой все песчаные породы в зависимости от наличия и количе­ ства в них матрикса, представленного микрокристаллическим аг-

а

100%.

С

100%

100%а

кварцевые песчаники, 3 — аркозово-кварцевые песчаники, 4 — граувакково-кварцевые пес­

рогатом кварца, полевого шпата, хлорита, серицита, местами кар­ боната, делятся па арениты, содержащие менее 15% матрикса, и вакки (граувакки), в которых содержание матрикса может ко­ лебаться от 15 до 75% (см. рис. 9.12). Последняя градация вызы­ вает известные возражения, так как большинство литологов от­ носит породы, содержащие более 50% глинистых частиц, к группе глинистых пород.

Ниже приводится краткая характеристика основных типов пес­ чаных пород в соответствии с предлагаемой классификационной треугольной диаграммой (см. рис. 9.11).

С у ще с т в е н н о-к в а р ц е в ы е п е с ч а н и к и . К семейству существенно-кварцевых относятся песчаники, в составе обломочной части которых преобладают, т. е. составляют больше 50%, облом­ ки монокристаллического кварца. Внутри этого семейства обособ­ ляется группа песчаников, тяготеющих к семейству граувакк, в которых наряду с большим количеством кварца содержится от 25 до 50% обломков материнских пород (см. рис. 9.11). Такие породы относятся к граувакково-кварцевым. Высокий процент обломочно­ го кварца в них может сопровождаться значительным (от 25 до 50%) содержанием обломков полевых шпатов. В этом случае мы будем говорить об аркозово-кварцевых породах. Песчаники, содер­ жащие от 50 до 90% обломочного кварца и не более чем по 25% полевых шпатов и обломков материнских пород, выделяются в группу олигомиктовых. Наконец, в тех случаях, когда содержание аллотигенного кварца в песчанике превышает 90%, мы имеем дело

обычно хорошо окатанными, округленными зернами кварца. Они характеризуются хорошей отсортированностью, т. е. их обломки имеют примерно одинаковые размеры. Часто обломочные зерна кварца цементируются аутигенным кварцем. При этом могут обра­ зовываться цементы типа заполнения пор регенерационного строе­ ния. Иногда в составе цемента присутствует кальцит. Такие пес­ чаники часто называют кварцитовидными. В отличие от метамор­ фических кварцитов они полностью сохраняют свою обломочную структуру, указывающую на то, что это нормальная осадочная, а не метаморфическая порода. Французские геологи среди мономи- перальпо-кварцевых песчаников выделяют три типа (рис. 9.13):

— кварцевые песчаники (gres quartzeux — фр.), 10 которых крупные аллотигеиные кварцевые зерна сцементированы агрегата­ ми более мелкокристаллического аугигенного кварца;

— кварцитовидные песчаники (gres quartzites — фр.) с квар­ цевым цементом регенерационного строения;

— кварциты (quartzites — фр.), имеющие мозаичную структуру за счет перекристаллизации обломочных зерен кварца и их сра­ стания по конформным или инкорпорационным (извилистым) кон­ тактам. Такие породы относятся скорее к метаморфическим.

В англоязычной литературе в приложении к мономинеральнокварцевым песчаникам обычно употребляется термин «ортокварци­

ты>> (orthoquartzite — англ.) или кварцевые песчаники (quartzarenite, quartzose sandstone — англ.).

Мономинералыю-кварцевые песчаники образуются путем мно­ гократного переотложеиия, переработки и сортировки обломочного материала в процессе переноса и накопления в мелководно-при­ брежных условиях. Источником чисто кварцевого обломочного ма­ териала могут служить разрушающиеся более древние кварцевые песчаники либо глубоко химически переработанная кора выветри­ вания гранитоидных или гнейсовидных пород. В этом случае мо- номинералыю-кварцевые песчаники содержат примесь каолинита. Эпохи накопления таких песчаников характеризуются тектониче­ ской стабильностью, которая обусловливает выравнивание поверх­ ности и длительность процессов выветривания и переработки оса­ дочного вещества в зоне осадкообразования.

По данным Ф. Дж. Петтиджона, мономинерально-кварцевые песчаники имеют преимущественно позднедокембрийский и ранне­ палеозойский возраст.

пространенными типами песчаных пород. В их обломочной части существенную роль играют аллотигениые зерна монокристаллического кварца, составляющие в олигомиктовых песчаниках от 50 до 90%, а в аркозово-кварцевых и граувакково-кварцевых — от 50 до 75% всей обломочной части пород (рис. 9.14). Отсортировапность пород и окатанность обломочных зерен может быть различной. Довольно часто в этих песчаниках отмечается примесь зерен зеле­ ного глауконита и листочков мусковита. Среди цементов широко представлены кремнисто-глинистые, хлоритово-кремнистые, а так­ же кальцитовые, сидеритовые, фосфатные и другие цементы.

Увеличение содержания в песчаниках обломков полевых шпа­ тов указывает на разрушение в зоне выветривания массивов гранитоидных или толщ гнейсовых пород. Возрастание количества обломков материнских пород чаще всего связано с размывом бо­ лее древних осадочных и эффузивных пород, а также глинисто­ сланцевых метаморфизованных толщ. Рассматриваемые породы присутствуют как в разрезах платформ (особенно олигомиктовые песчаники), так и в зонах, переходных от платформ к геосинклина­ лям.

Рис. 9. 14. Песчаники олигомиктовые, аркозово-кварцевые и грау- вакково-кварцевые:

а — песчаник олигомиктовый с кальцитовым цементом; б — песчаник аркозово-кварцевый с лимонитово-глинистым цементом; в — песчаник граупакково-кварцевым с хлоритово-глинистым цементом: Кв — кварц: ПШ — полевые шпаты; ОП — обломки пород; КЦ — кальцнтовый цемент; Ц — цемент

А р к о з о в ы е и с у б а р к о з о в ы е п е с ч а н и к и (ар ко ­ зы). Под термином «аркозы» большинство геологов подразуме­ вают песчаники, часто крупнозернистые или гравелистые, состоя­ щие в основном из полевых шпатов и кварца (рис. 9.15). Многие американские геологи считают нижним пределом содержания в аркозах полевых шпатов 25%. По Ф. Дж. Петтиджону, к аркозам могут относиться песчаники, содержащие всего 12,5% обломков полевых шпатов.

Обломочные зерна аркозов часто плохо окатанные, угловатые. Цементы аркозовых пород могут быть представлены кальцитом или кремнисто-глинистой ожелезненнон массой. Количество це­ мента, как правило, невелико, иногда он почти отсутствует. Цвет аркозов коричневатоили красновато-серый, желтовато-серый или серый. Породы часто очень похожи на граниты, за счет разруше­ ния которых они образуются.

Аркозовые и субаркозовые песчаники формируются как на платформах, где они имеют ограниченное распространение и сла­ гают обычно маломощные базальные горизонты, так и в геосинкли-

иальных разрезах, где при ограниченном площадном распростра­ нении имеют значительную мощность, образуясь за счет разруше­ ния близкорасположенных воздымающихся грапитоидных масси­ вов.

Рис. 9Л5. Песчаники аркозовые и субаркозовые:

а — песчаник аркозовый с небольшим количеством глинисто-лимонитового цемента; б — песчаник субаркозовый, почти без цемента; в — песчаник субаркозовый с мусковитом; цемент глинисто-кремнистый лнмонитнзнрованный: Кв — кварц, ПШ — полевые шпаты, Сл — слюда

Г р а у в а к к о в ы е и с у б г р а у в а к к о в ы е п е с ч а н и к и .

Термин «граувакка» используется во многих случаях для обозна­ чения совершенно различных пород. Многие американские авторы (например, Ф. Дж. Петтиджои) к грауваккам относят только пес­ чаники, содержащие более 15% матрикса — тонкодисперсной гли- нисто-серицит-хлорит-цеолит-кремнистой массы темного цвета, в которой рассеяны алевритовые частицы кварца и полевых шпатов (обычно альбит). В СССР граувакками чаще называют песчаники с высоким содержанием обломков материнских пород (так назы­ ваемых литических компонентов), не обусловливая применение этого термина наличием матрикса (рис. 9.16).

Типичные граувакки более чем иа 50% сложены обломками материнских пород: различных эффузивов, филлитовых сланцев, кремнистых пород, кварцитов и др. Для дальнейшего подразделе­ ния граувакковых песчаников на более дробные разновидности можно учитывать характер преобладающих обломков материнских пород. Так, при преобладании среди них обломков основной массы эффузивов можно выделять вулканомиктовые граувакки; в случае преобладания обломков кварцитовидных пород и кремнистых слан­ цев — кремнекластитовые граувакки; а при преобладании облом­ ков глинистых и слюдистых сланцев — филлитовые граувакки и

т.п.

Кграувакковым песчаникам близки по составу субграувакки, содержащие обломки материнских пород в количестве 25—50%. Остальными компонентами обломочной части субграувакк являют­

ся: аллотигенпый кварц (от 25 до 50%) и обломки полевых шпатов (от 0 до 33%). Переходной группой между аркозами и граувакками являются аркозово-граувакковые песчаники.

Рис. 9.16. Песчаники граувакковые:

а — песчаник граувакковый с кремнисто-глинисто-хлоритовым це­ ментом (лититовый аренит, по Ф. Дж. Петтиджону): Кв — кварц, ОК — обломки кварцитов, ОЭ — обломки эффузивов, ОА — об­ ломки алевролитов, ОФ — обломки фельзитовой массы эффузивов, ОГ — обломки глинистых и фнллитовых сланцев, Ц — цемент; б — песчаник граувакковый с большим количеством матрикса (лититовая граувакка, по Ф. Дж. Петтиджону). Обломки пород сильно изменены, хлоритнзированы, серицитизированы. Матрикс — глнннсто- серицит-хлоритовая масса, почти непрозрачная: Кв — кварц, ОП —

обломки пород, М — матрикс

Граувакковые и субграувакковые песчаники часто плохо отсор­ тированы: обломочный материал почти неокатанный, угловатый. Они содержат более или менее значительную примесь алевритовых частиц и глинистого материала (по мнению американских литологов, «матрикс»). Существенную роль в цементе таких песчаников играет аутигениый кремнезем и перекристаллизованная глинисто­ хлоритовая масса, пропитанная гидроокислами железа, которая в процессах ката- и метагенеза превращается в тоикодисперсиый агрегат гидрослюды, серицита, хлорита, цеолитов и кремнезема (кварца).

Цвет граувакковых и субграувакковых песчаников меняется ог серого и темно-серого до почти черного и зеленовато-черного. В обнажении и образцах такие породы трудно отличить от основных эффузивных пород.

Плохая сортировка и слабая окатанность обломочного материа­ ла, отсутствие ясной слоистости, существенная примесь глинисто­ хлоритового «матрикса» во многих граувакковых песчаниках ука­ зывают на их образование из обломочного материала, не испыты­ вавшего длительного переноса, отлагавшегося в непосредственной близости от размывавшихся источников сноса. Граувакковые и субграувакковые песчаники слагают мощные разрезы геосинклипальных толщ. Они широко распространены в орогенных поясах различного возраста.

характерные так называемые «лопастные зерна» (рис. 9.17). Иног­ да глауконит имеет аллотигенную природу, т. е. представляет со­ бой переотложениый обломочный материал, заимствованный из более древних осадочных пород. Однако из-за разбавления его другими продуктами выветривания пород, развитых на территории выветривания, его содержание в этих случаях не бывает высоким.

В песчаниках с глауконитом характерен парагенезис его с об­ ломочными зернами кварца, кальцитом, фосфатами и органиче­ ским веществом. В названии песчаников, содержащих менее 10% глауконита, его присутствие может вообще не отмечаться. Когда содержание глауконита составляет от 10 до 50%, песчаник должен называться по составу обломочных компонентов с добавлением в названии прилагательного «глауконитовый». Чаще всего это олигомиктовые глауконитовые песчаники. Если содержание глаукони­ та превышает 50% всей породы, его следует относить к глинистым породам со своеобразной сгустковокомковатой структурой. М. С. Швецов предложил называть такие породы глауконититами.

Практическое применение песчаных пород

Сцементированные песчаники и рыхлые пески находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Песчани­ ки используются как строительный камень, для производства щеб­ ня, при мощении дорог. Пески различного состава используются при изготовлении бетона и кирпича. Мономинерально-кварцевые пески находят широкое применение при производстве стекла, ли­ тейных форм, огнеупорного кирпича для металлургического произ­ водства. В зависимости от характера использования к пескам предъявляются различные требования. Так, при изготовлении оп­ тического стекла песок должен содержать не менее 99,8% кремне­ зема и не более 0,01% окислов железа.

Песчаные породы, содержащие либо в обломочной части, либо в цементе различные ценные компоненты, служат объектами поис­ ков и разработки как важные полезные ископаемые. Широко изве­ стны связанные с песчаными породами россыпные месторождения алмазов, золота, платины, касситерита, циркона, монацита и мно­ гих других. Цементом песчаников могут служить сульфиды меди (медистые песчаники), соединения урана и других полезных ком­ понентов.

Алевритовые породы

Мелкообломочные, или алевритовые, породы более чем на 50% состоят из аллотигеиных зерен алеврита, имеющих размеры от 0,01 до 0,1 мм. Сцементированные алевритовые породы называются алевролитами. В англоязычной литературе по смыслу к алевриту ближе всего термин «силт» (silt — англ.) — частицы, размер кото­ рых 0,004—0,06 мм (алевролит — sillstone). Французские геологи

используют для обозначения пород, близких к алевролитам, тер­ мины «лютит» (lutite — фр.) — обломочная порода, состоящая из частиц размером менее 0,06 мм, или «микропесчаник» (microgres— фр.) — обломочная порода, аналогичная крупнозернистому алев­ ролиту (частицы размером 0,05—0,1 мм).

Необходимо подчеркнуть, что алевролиты являются образова­ ниями, переходными между песчаными и глинистыми породами. Крупнозернистые алевролиты (0,05—0,1 мм) по минеральному составу, структуре и характеру цементов тяготеют к песчаникам. Мелкозернистые алевролиты (0,01—0,05 мм) обычно представляют собой более или менее глинистые разности пород. Мелкоалеврито­ вый обломочный материал часто составляет существенную примесь (до 25—50%) в глинах и аргиллитах. Для алевролитов вообще характерны различного типа переслаивания с глинами (аргилли­ тами). В таких переслаиваниях более светлый алевритовый мате­ риал либо образует на фоне темной глины волнисто- и линзовидно­ слоистые прослойки мощностью от долей до нескольких милли­ метров, либо же обособляется в прослои различной мощности (от нескольких сантиметров до 1—2 м). Кровля таких алевролитовых прослоев часто мелковолиистая, а внутренняя текстура линзовидно­ косослоистая, образованная захороненной рябью волнения. Пере­ слаивания такого типа при общем преобладании глинистых пород могут образовывать геосинклинальные толщи мощностью в сотни и тысячи метров (например, нижне- и среднеюрские отложения Кавказа).

По минеральному составу обломочной части большинство алев­ ролитов относится к существенно кварцевым разностям пород (см. рис. 9.11). Чаще всего это олигомиктовые алевролиты, в которых обломочный кварц составляет от 50 до 90%, а обломки полевых шпатов и материнских пород (обычно кремнистых, глинистых или фельзитовой массы эффузивов) не более чем по 25% (см. рис. 9.18). Для обломочных зерен алевритовой размерности (0,1—0,01 мм), особенно для кварца, характерны плохая окатэииость, угловатая и и остроугольная форма. Отсутствие окатанности у алевритовых частиц связано, по-видимому, с их малыми размерами и, следова­ тельно, малой массой и незначительной энергией соударений, столкновений при переносе, т. е. отсутствием «обкалывания», ока­ тывания.

Характерными компонентами алевролитов являются частицы глинистых минералов, листочки слюды и хлорит. Примесь глини­ стого материала может составлять до 20—30—40% и более, обра­ зуя переходы к алевритовым глинам (аргиллитам). Цементами алевролитов служат: кремнисто-глинистая или хлоритово-глини­ стая масса, кальцит, сидерит, гидроокислы железа и другие аутнгенные минералы.

Своеобразной алевритовой породой является лёсс (loess — англ., фр), представляющий собой массу хорошо отсортированных алевритовых частиц, главным образом кварца, слегка сцементиро­ ванных тонкодисперсным кальцитом. Содержание кальцита в лес-