Краткий курс литологии

масса вещества, из которого образуются осадочные породы, фор­ мируется в процессах выветривания на земной поверхности раз­ личных горных пород, называемых материнскими. Процессы вы­ ветривания ведут к раздроблению, измельчению вещества материн­ ских пород, сопровождаемому обычно химическим преобразова­ нием минералов материнских пород. Продукты выветривания характеризуются непрерывно возрастающей дисперсностью веще­ ства от грубодисперспых (обломочных) систем, через субколлоидпые и коллоидные системы к ионным, или истинным, растворам.

Этап п е р е н о с а п р о д у к то в в ы в е т р и в а н и я .* Про­ цессы эрозии и денудации, развивающиеся в зонах выветривания, приводят к тому, что продукты выветривания начинают мигриро­ вать, перемещаться по поверхности земли, переносимые главным образом водными потоками, а также ветром и льдом. Для грубо­ дисперсного, обломочного осадочного вещества этот этап относи­ тельно прост и короток. Обломки материнских пород быстро выпа­ дают из путей миграции, образуя осадки. Субколлоидные и колло­ идные продукты выветривания в виде более или менее устойчивых систем могут иметь более сложную историю перемещения в зоне осадкообразования. Тем не менее в результате процессов коагуля­ ции коллоидные системы также образуют осадки. Наиболее слож­ на судьба продуктов выветривания, образующих истинные раство­ ры. Такие продукты могут мигрировать в гидросфере земли очень длительное время (десятки и сотни миллионов лет). Относительно менее подвижные, менее растворимые ионные компоненты, такие как кремнезем, карбонаты кальция и магния, фосфаты и некоторые другие, могут извлекаться из путей миграции организмами, исполь­ зующими их для построения своих скелетных частей (например, раковин); либо легко выпадают в осадок даже при незначитель­ ном повышении их концентрации в природных растворах. Высоко­ растворимые соединения (сульфаты и хлориды кальция, калия, магния и ряда других элементов) образуют осадки лишь в случае

продуктов. При этом из первоначальной смеси самых разнообраз­ ных компонентов, выносимых из зон выветривания, формируются осадки, часто представляющие собой практически мономинеральные скопления, например, гидроокислов марганца, кремнезема, кальцита, гипса и других соединений. Процессы образования осад­ ков часто объединяются термином седиментация, или седиментоге-

материнских пород, переноса и осаждения продуктов выветрива-

ния трактуется и по смыслу, и терминологически почти одинаков^ геологами различных национальных школ, то, начиная с момента образования осадка, его дальнейшая история описывается геоло­ гами разных стран часто в совершен но различных терминах. Да­ же в пределах одной страны геологи до сих пор не могут догово­ риться об объеме и содержании терминов, в которых описываете^ переход осадка в осадочную породу и ее дальнейшая история в литосфере. Трудно понять смысл высказываний того или иного автора, не зная, на каких терминологических позициях он находит­ ся (табл. 1.1). В СССР большинство геологов под термином «диа­ генез» понимает именно переход полужидкого рыхлого осадка, на­ пример глинистого ила, в глину — уплотненную структурирован­ ную осадочную породу.

В то же время многие зарубежные авторы под диагенезом по­ нимают все изменения, испытываемые осадочными породами в литосфере, вплоть до их перехода в метаморфические породы.

Этап к а та г е н е з а охватывает процессы изменения осадоч­ ных пород при их постепенном погружении в глубины земли. Это этап существования осадочных пород в литосфере. Его продолжи­ тельность может составлять сотни миллионов лет. Некоторые уче­ ные выделяют этот этап под названием «эпигенез».

Этап м е та г е н е з а соответствует переходу осадочных пород в метаморфические. Под влиянием высоких температур, давлений

ирастворов осадочные породы подвергаются глубоким преобразо­ ваниям. Формируются породы, промежуточные между осадочными

иметаморфическими.

Р е г р е с с и в н ы й э п и г е н е з — постепенный переход оса­ дочных пород в результате восходящих тектонических движений из области повышенных давлений и температур в область их по­ нижения — ряд исследователей предлагает выделять его в виде отдельного этапа.

Составные части осадочных пород

В составе осадочных пород различают аллотигениые и аутигеиные компоненты. Аллотигениые компоненты представляют собой обломки и частицы пород и минералов различного размера, поступившие в бассейн осадкопакопления из-за его пределов, из зоны выветривания и после переноса путем волочения или в виде механической взвеси (мути) накопившиеся на дне. Аутигенные компоненты образуются за счет выделения минерального вещества из природных растворов или в результате обменных и других ре­ акций либо в воде бассейна осадконакоплеиия (включая биоген­ ные компоненты), либо в осадке, либо в осадочной породе.

А л л от и г е н н ы е к о мп о н е н ты о с а д о ч н ы х п о р о д :

— реликтовые аллотигениые компоненты представляют собой неизмененные минералы материнских пород (кварц, полевые шпа­ ты или же облоцки самих пород), характеризующие петрографиче­

ский состав выветривающихся толщ. В случае размыва на конти­ ненте более древних глинистых осадочных толщ переносимые в бассейн осадкоиакопления глинистые минералы также могут яв­ ляться продуктами механического раздробления материнских пород, т. е. аллотигенпыми компонентами (в том случае, если в процессе выветривания они не подверглись заметным химико-ми­ нералогическим изменениям). Однако в силу особенностей строе­ ния кристаллической решетки глинистые минералы легко подвер­ гаются различным преобразованиям даже во время их переноса из зоны выветривания в бассейн осадкоиакопления. Поэтому установ­ ление их истинной аллотигенной (неизмененной) природы часто является сложной задачей;

—экзогенные, или гипергенные, аллотигенные компоненты, яв­ ляются новообразованными минералами зоны выветривания, про­ дуктами химического разложения материнских пород (например, глинистые минералы кор выветривания), отражающими характер

иособенности процессов выветривания в области суши;

—вулканогенный, пирокластический материал: пепловые ча­ стицы, обломки лавы и другие продукты вулканических изверже­ ний;

—частицы космической пыли — мельчайшие шарики никели­ стого железа, обнаруживаемые в некоторых типах глубоководных океанических осадков.

А у т и г е н н ы е к о мп о н е н ты о с а д о ч н ы х п о р о д от­ ражают физико-химические условия осадкообразования, диагенеза осадков или катагенеза и метагенеза осадочных пород. В зависи­ мости от времени образования аутигенные минералы могут быть разделены на следующие группы:

— седиментационные аутигенные минералы — выделяются из воды бассейна осадкоиакопления либо в результате коагуляции коллоидных систем (например, гидроокислы железа, марганца и др.), либо как продукты биологических и химико-биологических процессов извлечения минерального вещества из истинных раство­ ров (карбонаты кальция и магния, кремнезем, фосфаты), либо в результате кристаллизации минералов из истинных растворов при их концентрации (гипс, галит, сильвин и др.). Седиментационные аутигенные минералы могут слагать кальцитовы.е, опаловые, фос­ фатные раковинки и другие скелетные части различных организ­ мов; они образуют пласты известняков и доломитов, кремнистых пород, фосфоритов, гипсов и солей;

— диагенегические аутигенные минералы, образующиеся в процессе перехода осадка в осадочную породу, т. е. в процессе диагенеза. Это разнообразные карбонаты, сульфиды и другие ми­ нералы, рассеянные в породе или образующие конкреции и непра­ вильные стяжения. Часто слагают цементы обломочных пород, за­ полняя пустоты между обломочными аллотигенпыми зернами, скрепляя их в твердую, камнеподобную породу;

— катагенетические и метагеиетические аутигенные минералы, образующиеся в течение всего времени существования и изменения

бсадочных пород в литосфере. Во многом наследуют и продолжают процессы диагенетического минер алообразования. Могут быть представлены самыми различными минералами: карбонатами, сульфидами, опалом, халцедоном, кварцем, различными силиката­ ми и др. Образуют конкреции, стяжения, цементы обломочных пород. При метагенетических процессах начинают замещать основ­ ную массу минералов некоторых пород (например, хлоритизация и серицитизация глинистых минералов пород).

Осадочные породы могут состоять либо преимущественно из аллотигепных компонентов (конгломераты, гравелиты, песчаники и алевролиты), либо преимущественно из аутигепных компонентов (известняки, доломиты, фосфориты, соли и т. д.). Наконец, многие осадочные породы представляют собой сложную смесь тех и дру­ гих компонентов, причем среди аутигепных минералов могут при­ сутствовать как седиментациоппые, так и диагенетические, катагеиетические и метагенетические. Распознавание различных компо­ нентов пород и определение времени их образования часто пред­ ставляют собой сложную, но очень важную задачу, так как многие полезные ископаемые осадочных пород образуются не только в процессе седиментации. Диагенетическое, катагенетическое и метагенетическое перераспределение минерального вещества в оса­ дочных породах может привести к формированию месторождений важных полезных ископаемых (например, полиметаллов, золота, урана и других металлов) Их поиски, прогноз обнаружения зави­ сят от того, насколько геолог глубоко понимает процессы обра­ зования и изменения, преобразования осадочных пород.

Структуры и текстуры осадочных пород

)Важными параметрами осадочных пород являются их структура и текстура. Под структурой (structure — фр.) мы понимаем особенности строения осадочной породы, определяемые размерами и формой слагающих ее частиц*Например, обломочная порода может обладать алевритовой или песчаной структурой (отличают­ ся размерами обломков); или же галечной или щебневой структу­ рой (форма обломков окатанная или остроугольная).

текстура, текстура трещим усыхания и др.

Необходимо помнить, что в английской геологической литерату­ ре термины «структура» и «текстура» употребляются в обратио?л значении: texture (структура — англ.) и structure (текстура — англ.).

Структуры, характерные для отдельных групп осадочных пород (обломочных пород, известняков и др.), рассмотрены в соответст­ вующих разделах, где дано описание этих пород. Ниже кратко ха­ рактеризуются главнейшие текстуры, встречающиеся в породах различного состава и генезиса.

самые разнообразные породы — глины, алевролиты, песчаники, из­ вестняки и др.

Слоистые текстуры являются наиболее распространенными тек­ стурами осадочных пород. Под слоистостью, в широком смысле, понимается неоднородность осадочных пород в разрезе по верти­ кали, при однородном сложении по горизонтали. Слоистость в осадочных породах может выражаться сменой минерального со­ става материала, слагающего породу, например при переходе от накопления доломита к накоплению гипса; пли сменой структуры осадочного материала песок-алеврит или его текстуры: массивный (иеслоистый) песчаник сменяется косослоистым песчаником.

Причиной возникновения слоистости осадочных пород является изменение параметров процесса осадконакопления, характер кото­ рого зависит, прежде всего, от тектонической жизни региона. Под­ нятия и опускания в областях сноса и бассейнах накопления осад­ ков приводят к изменениям в характере материала, поступающего

восадок, и к изменению условий его накопления, что выражается

впоявлении слоистых текстур в образующихся осадочных породах.

Другими факторами, влияющими на характер слоистости осад­ ков, могут быть периодические изменения климата, усиление или ослабление жизнедеятельности организмов, осаждающих карбо­ натный или кремнистый материал, влияние временных потоков и даже бурь и штормов, а также деятельность вулканов, извергаю­ щих пирокластический материал. Формирование слоистости пород не ограничивается процессом седиментогенеза, но продолжается в диа- и катагенезе. Различное уплотнение пород под нагрузкой на­ капливающихся более молодых осадков, формирование различных аутигениых минералов (цементация пород) в отдельных интерва­ лах разреза подчеркивает и усиливает слоистый характер осадоч­ ных толщ. Причины и условия возникновения различных типов слоистых текстур, особенно мелкомасштабных, мощность которых измеряется сантиметрами, изучены до настоящего времени далеко не достаточно.

Для характеристики слоистых толщ используются, как прави­ ло, три основных термина: слоек, слой и пласт (Л. Н. Ботвинкина). Слоек является наименьшей элементарной единицей слоистости пород. Слойки, образующие более крупные единицы, — слои, со­ стоят из одного материала, однотипны и представляют собой мно­ гократно повторяющиеся мелкие слоеобразующие элементы (рис. 1.2). Слоек имеет небольшую мощность (от долей миллимет­ ра до первых сантиметров), а в косой слоистости и небольшую протяженность.

Слой — элемент, слагающий слоистую толщу осадочных пород и предсГавляющий собой геологическое тело, имеющее более или менее однородный состав и обычно ограниченное в кровле и по­ дошве плоскостями наслоения. Это тело прослеживается в про­ странстве на определенной площади и имеет но сравнению с ней небольшую мощность. От выше- п нижележащих слоев каждый

вид слоистой текстуры является наиболее распространенным сре­ ди осадочных пород и может наблюдаться в любом обнажении* Разновидностью данной текстуры является ритмическая слои­ стость, при которой два или несколько элементов слоистости (слой­ ки или слои) закономерно чередуются в разрезе, образуя слоистые толщи ритмического строения. Такова, например, ленточная слои­

стость многих озерно-ледниковых

ную выпукло-вогнутую форму (рис. 1.3). Такой вид слоистой текстуры довольно широко рас­ пространен в мелкопесчаных, осо­ бенно в алевритовых осадках. Волнистая слоистость отражает

Сланцеватая текстура возникает в глинистых, песчано-алеври- тоглинистых и других породах в катагенезе и особенно в метаге­ незе под воздействием стресса. При этом массовое развитие одно­ направленной ориентировки частиц гидрослюды, серицита и дру­ гих минералов в породах приводит к возникновению сланцевато­ сти. Осадочные породы, особенно сланцеватые аргиллиты и глинистые сланцы, легко раскалываются на листочки, пластинки или плитки параллельно сланцеватости (кливажу), часто не совпа­ дающей с первичными плоскостями наслоения пород.

Плотная и пористая текстуры. При образовании большинства осадочных пород между слагающими их частицами: обломочными зернами, раковинами организмов и т. п. — сохраняются пустоты (поры). Пустоты часто возникают при растворении, выщелачива­ нии отдельных минеральных компонентов породы в процессах диа- и катагенеза. Породы, обладающие определенной пустотной ем­ костью, называются пористыми. Емкость пор и пустот породы может составлять до 25—30% ее объема (редко больше). По­ ристость пород имеет большое практическое значение, так как именно в порах и пустотах осадочных пород содержатся вода, нефть и природный газ, образующие крупные промышленные скоп­ ления. В тех случаях, когда все пустоты в породе заняты минераль­ ным веществом, например цементом, можно говорить о плотной текстуре породы. Иногда в качестве синонима употребляется тер­ мин «сливная текстура».

Текстуры внедрения и оползания осадков. В ряде случаев в осадочных породах наблюдаются внутрипластовые нарушения го­ ризонтальной слоистости, представляющие собой в различной сте­ пени смятую или гофрированную слоистость (рис. 1.6). Такие

Рис. 1. 6. Текстура подводного оползания незатвердевшего осадка (а) и внедрения оползающего песчаного осадка в иезатвердевшие глинистые осадки (б)

текстуры образуются при оползании незатвердевших осадков на дне бассейна. Текстуры оползания особенно характерны для осад­ ков геосинклинальных зон, где резкие градиенты глубины бассей­ на создают уклоны дна, благоприятные для подводного оползания полужидких осадков. Такие текстуры наблюдаются в песчаных, алевритовых, глинистых, карбонатных и других осадках. Иногда