Краткий курс литологии

Методы изучения эвапоритов и их практическое применение

Так же как и при изучении других типов пород, важную инфор­ мацию об условиях залегания эвапоритов, характере переслаива­ ния разновидностей пород, особенностей контактов с перекрываю­ щими и подстилающими их породами, о текстуре пород и т. п. можно получить при их полевом описании.

При камеральном изучении эвапоритов применяются разнооб­ разные методы, включающие химический анализ, изучение минера­ лов методами термографии, реитгенофазового анализа и др., а также изучение пород в шлифах под микроскопом. При изготовле­ нии шлифов из растворимых минералов (галита) вместо воды пользуются керосином. Необходимо помнить, что гипс даже при незначительном нагревании в процессе изготовления шлифов легко теряет воду и переходит в полугидрат или даже в ангидрит. Пока­ затели преломления гипса при этом увеличиваются и становятся выше, чем показатель преломления канадского бальзама, что может вызвать затруднения у начинающего литолога при опреде­ лении минерала.

Эвапоритыявляются важным сырьем для многих отраслей на­ родного хозяйства. Они широко используются в химической про­ мышленности при производстве вяжущих материалов для строи­ тельства, при выработке высокосортной бумаги и других произ­ водствах. Каменная соль добывается как пищевой продукт (миро­ вое потребление пищевой соли превышает 1,5 млн т в год), а также как важное сырье химической промышленности для производства соляной кислоты, различных соединений хлора, натрия и т. п.

Калийные и калийно-магнезиальные соли в широких масштабах используются как важные удобрения в сельском хозяйстве и раз­ личных отраслях химической промышленности.

Вопросы и упражнения

1.Какие минералы, относящиеся к группе эвапоритов или собственно ионогенных компонентов, вы знаете?

2.Какова последовательность кристаллизации энанорнтовых минералов при

испарении морской воды?

3.Укажите геологические эпохи, в течение которых происходило образова­ ние крупных скоплений эвапоритов.

4.Объясните, почему на поверхности земли, в обнажениях, мы встречаем

обычно гипс, а в кернах глубоких скважин — ангидрит?

5.От какого минерала при беглом просмотре шлифов трудно отличить гипс?

6.В каких типах бассейнов происходит процесс эвапоритоиакоплеиия?

7.Что такое себкхи и шотты?

8.Как и почему меняется глубина морского эвапоритового бассейна в про­

цессе образования крупных скоплений эвапоритов?

9. В чем особенности накопления калийно-магнезиальных эвапоритов? По­ чему площадь, занимаемая их залежами, всегда меньше площади распростране­ ния залежей каменной соли?

10.Объясните, почему при постоянной интенсивности испарения воды в бассейне скорость накопления каменной соли намного превышает скорость накоп­ ления гипса или хемогенных карбонатов?

11.Перечислите основные стадии развития морского эвапоритового бассей­ на. Дайте характеристику осадков, образующихся на каждой стадии.

12.Что может просходить с гипсом в процессе изготовления петрографиче­ ских шлифов?

13.Как используются различные представители группы эвапоритов в на­ родном хозяйстве?

Ч а с т ь 3

ОСНОВЫ ФАЦИАЛЬНОГО АНАЛИЗА ОСАДОЧНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

Г л а в а 13

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИИ И ОБЛАСТЕЙ СОВРЕМЕННОГО ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ

Осадки (осадочные породы) накапливаются в зоне осадкообра­ зования в определенной физико-географической обстановке, под которой понимается совокупность таких условий или факторов участка земной поверхности, как его принадлежность к суше или морю, рельеф, климат, соленость воды, газовый режим и т. п. На современном этапе геологической истории различные физико-гео­ графические условия сменяют друг друга в пространстве в соответ­ ствии с современным географическим планом. Распределение фи­ зико-географических обстановок в прошлые геологические эпохи от­ вечало древнему географическому плану — палеогеографии Земли.

Информацию о физико-географических условиях прошлого не­ сут в себе осадочные породы, которые формируются в условиях земной поверхности под влиянием всей совокупности физико-гео­ графических факторов. Поэтому в своем составе и строении они отражают характер той среды, в которой сформировались. Данная обстановка определяет все важнейшие характеристики породы: ми­ неральный состав; структуру и текстуру; видовой состав и числен­ ность фаунистических и флористических остатков, заключенных в породе и т. п.

Если существует связь между характером породы и обстанов­ кой, в которой она формировалась, то на основе изучения литоло­ гической и палеонтологической характеристик породы можно вос­ становить эту обстановку. Для этого необходимо знать, породы какого типа формируются в определенных физико-географических обстановках и по каким их признакам и особенностям можно эти

говоря, в основе методов восстановления физико-географических обстановок прошлого лежит принцип актуализма: «современ­ ность — ключ к познанию прошлого». Иными словами, для того чтобы познать, как образовались древние осадочные породы, надо выяснить, как они образуются сегодня.

Принцип актуализма введен в геологию английским исследова­ телем Ч. Ляйелем в 1833 г., который считал, что для установления обстановки, в которой образовалась порода, достаточно обнару­ жить ее современный аналог, и тогда современная картина накоп­ ления соответствующих осадков охарактеризует нам обстановку об­ разования древней породы. Применение принципа актуализма в такой упрощенной форме нередко приводило исследователей к ошибочным выводам. Сам Ч. Ляйель рассматривал древнечетвертичиые моренные образования Европы как морские отложения только потому, что не находил среди современных геологических процессов проявлений ледниковой деятельности таких масштабов.

Метод, разработанный Ч. Ляйелем, существенно отличается ог того, который используется современной геологической наукой. В настоящее время в основу восстановления физико-географических обстановок прошлого положен сравнительно-литологический ме­ тод, разработанный в СССР акад. Н. М. Страховым в 50-х годах XX в. Сравнительно-литологический метод используется в геоло­ гии очень широко; он является теоретической базой не только вос­ становления физико-географических обстановок, но и выяснения общих закономерностей осадочного рудообразования, изучения об­ щих закономерностей осадочного процесса на Земле. В сравнитель­ но-литологическом методе принцип актуализма дополнен принци­ пом эволюции условий осадкообразования. Данный метод основы­ вается на представлении о необратимом и направленном развитии Земли, об эволюции земной коры, гидросферы и атмосферы, а следовательно, и эволюции условий осадконакопления в целом. Таким образом, исключается простое механическое приравнивание обстановок современного осадконакопления к обстановкам прош­ лого. При изучении условий образования кайнозойских и даже мезозойских пород поправки на эволюцию этих условий будут, по мнению Н. М. Страхова, незначительны. Однако для более древ­ них пород палеозоя, а тем более протерозоя, они приобретают су­ щественное значение.

При использовании сравнительно-литологического метода де­ тально изучаются интересующие нас породы и современные осад­ ки, которые могут рассматриваться как их аналоги. Осуществляет­ ся анализ черт сходства и различия в их характеристиках. Устанав­ ливаются те отличия, которые могут быть связаны с общей эволю­ цией условий осадконакопления. При восстановлении обстановки образования исследуемых пород учитываются выявленные измене­ ния обстановки.

Применение сравнительно-литологического метода предпола­ гает знание общих закономерностей осадконакопления на совре­ менном этапе, а не частных обстановок. Обращаясь к примеру от-

Есенин Ч. Лнйелем моренных древнечетвертичиых образований вроиы к морским отложениям, можно отметить, что масштабы здниковой деятельности на протяжении геологической истории енялись, но сохранялись общие закономерности формирования ^дпиковых отложений. Это всегда неотсортированные, неслоистые >лщи, состоящие из неокатанных обломков, в ряде случаев несу- ,их па себе «ледниковые шрамы». Зная это, отнести древнечетвер- 1чиый покров Европы к морским образованиям нельзя. Применяя завиительпо-литологический метод, геологи расшифровали происзждение так называемых тиллитов.

На Земле существуют три основные группы физико-географи- джих обстановок, в которых образование осадков происходит в езко различных условиях, — это море, континент и краевая зона оря — своеобразный переход от типично морских условий к ипично континентальным.

Условия и области морского осадкообразования

Факторы, контролирующие процессы осадконакопления в море

На процессы образования осадков в морских бассейнах влияют лимат, соленость воды, глубина бассейна, газовый режим, налиие и характер течений. Основными из них, оказывающими иаизлынее влияние па характер образующихся осадков, являются эленость воды и глубина бассейна.

К л и м а т . По температурному режиму и соотношению между зличеетвом атмосферных осадков и интенсивностью испарения азличают три типа климатов: гумидиый, аридный и ледовый. Тем-

-2°С у дна; в полярных — 0 до —2°С у дна. Резкое понижение ?мпературы с глубиной отмечается в тепловодных морских басжнах на первых 200 м, где температура составляет около +3°С. лимат оказывает влияние па характер органического мира, так ак наибольшего развития организмы достигают именно на глубиах до 200 м. Моря гумндиых тропических областей характери­ зуются наиболее богатым органическим миром. Здесь часто обиают стенотермальные формы организмов, существующие в узком иапазоне температур. В морях гумидного умеренного климата нос менее развит. Для многих бассейнов аридного климата хаактерны угнетенные эвригалинные формы организмов, приспосабивающиеся к существованию в аномально соленой воде.

В целом влияние климата на осадкопакопление проявляется в эм, что в бассейнах аридного климата преобладает хемогенное

осаждение вещества; в бассейнах гумндного тропического клима­

содержанием солей 35±2%о (океан); 2) осолоненные с соленостью, превышающей 37%о (например, Красное море — до 45%о); 3) опрес­ ненные с пониженной соленостью (например, Черное море — 18— 22%0). Распределение солености в Мировом океане при средней норме 35%о испытывает некоторые колебания. Так, например, з зоне пассатов Тихого океана соленость воды может достигать 37— 38°/оо, в полярных районах океана она составляет 30—32°/оо.

В зависимости от степени изоляции окраинных морей от океа­ на различают открытые окраинные моря с нормальной соленостью воды и окраинные полуизолированные моря с незначительными от­ клонениями солености. Внутриконтинентальные моря почти всегда обладают водой аномальной солености. В аридном климате это бассейны с повышенной соленостью (испарение превышает атмос­ ферные осадки), в областях гумндного климата — с пониженной (опресненные), так как с континента в море поступает избыток атмосферных осадков в виде речного стока.

Соленость воды оказывает влияние на минеральный состав аутигенных осадков. Так, в бассейнах с нормальной соленостью могут накапливаться кальцит, глауконит, фосфат; в осолоняющихся бас­ сейнах на низкой стадии осолонения осаждается доломит, а на высокой — эвапориты.

Не менее важно влияние солености на характер органического мира. Большинство морских беспозвоночных — стеногалинные формы, живущие только в морской воде нормальной солености. Эго кораллы, иглокожие, головоногие, большинство брахиопод и форамииифер. Эвригалинными формами, способными жить и в бассейнах с аномальной соленостью воды, являются многие моллюски, гастроподы, остракоды. Характерно, что они могут су­ ществовать даже в пресноводных бассейнах, но резкого осолонения не выносят. Наиболее эвригалинны сине-зеленые водоросли, кото­ рые населяют весь спектр бассейнов — от пресных до высокомине­ рализованных.

Г а з о в ы й режим. В водах современных водоемов раство­ рены самые разнообразные газы — от азота до углеводородных газов. Однако наибольший интерес представляют для нас кисло­ род, углекислый газ СО2 и сероводород H2S. При нормальном га­ зовом режиме бассейна в морской воде содержится достаточно большое количество кислорода (в среднем около 4—5 см3/л), срав­ нительно немного С02(рС02 от 4-10-4 до 1-10—3) и ничтожное ко­ личество H2S. Содержание кислорода в морской воде достаточно для существования организмов, хотя известны бактерии и низшие растения, существующие в анаэробной среде. Аэрирование водной массы морских бассейнов осуществляется путем ее перемешивания под влиянием течений, ветров, зимнего охлаждения. При недоста­

точно активном перемешивании водной массы в бассейне создает­ ся аномальный газовый режим.

Чаще всего он выражается в повышенном содержании H2S в воде бассейна — сероводородном заражении, которое может воз­ никать в морях котловинного типа. Примером является Черное море, где только верхние 100—200 м воды насыщены кислородом. От глубины 200 м и до дна (до 2 000 м) лежит слой воды, насы­ щенной H2S с соленостью около 35%0, а верхний слой от поверхно­ сти до 200 м глубины имеет пониженную соленость (18—22%0) за счет разбавления пресной речной водой. «Легкая» вода поверхно­

благоприятную для захоронения органического вещества, образо­

Рис. 13.1. Схема сероводородного заражения воды в Черном море. Поверх­

ностная вода более легкая (менее соленая). Течение направлено в Среди­ земное море. Более глубокие воды тяжелые (более соленые). Придонное течение направлено в Черное море

Аномальный газовый режим, выражающийся в увеличении со­ держания в воде С02, характерен для глубоководных частей океа­ нов. Повышению содержания растворенной С02 способствует низ­ кая температура морской воды и высокие давления па больших глубинах. Результатом является возникновение уровня карбонат­

ных и иопио-биогеппых компонентов, развитие и характер бентоса. Сортировка обломочных частиц по размерам происходит в мор­ ских бассейнах под воздействием волнения и течений. Волнение захватывает только верхние слои воды и с глубиной его воздейст­

Области осадконакопления в море

В пределах океана обособляются четыре области, различаю­ щиеся по условиям осадконакопления и типам формирующихся осадков:

—литоральная и неритовая области — располагаются в пре­ делах шельфа;

—батиальная область — соответствует континентальному склону;

—абиссальная область — охватывает океанское ложе.

Л и т о р а л ь н а я (п р и ли в я о-о тл и в на я) о б л а с ть

представляет собой побережье — пульсирующую границу между морем и сушей, периодически то заливаемую водами моря, то осушаемую во время отлива. В районах высоких приливов и отли­ вов и пологих побережий ширина литорали может достигать 10— 15 км и более. Например, па побережье Северной Франции, в райо­ не залива Моп-Саи-Мишель, при отливе обнажается полоса бере­ га шириной около 10 км. В морских бассейнах с небольшими при­ ливами и отливами ширина литорали сводится к волноприбойной зоне, т. е. становится исчезающе узкой. Для литоральной области характерна высокая гидродинамическая активность водной массы. Прибрежные осадки отличаются большой пестротой и быстрой изменчивостью на небольших расстояниях. У крутых берегов на­ капливаются грубообломочные образования, у более пологих — пески и алевриты.

Большим своеобразием характеризуются биоценозы животных, приспособленных к активной гидродинамике и периодическим осу­ шениям (толстостенные раковины, прикрепляющиеся ко дну фор­ мы, зарывающиеся в осадок и т. п.). Широко развиты водоросли, мангровые заросли. В заболоченных, периодически затапливае­ мых, приморских низинах и мангровых зарослях происходит обра­ зование скоплений растительных остатков, торфяников (будущих углей паралического типа). Характерные текстуры осадков лито­ ральной зоны: косая слоистость, желоба размыва осадков прилив­ но-отливными течениями, следы ползающих и роющих животных, волпоприбойпые знаки, трещины высыхания осадков, следы дожде­ вых капель и т. п.

Не р и то в а я о б л а с т ь охватывает зону мелководья и ма­ лых глубин в пределах шельфа (до 200 м). Иногда перитовую об­ ласть называют сублиторальной. Для нее характерны обилие кис­ лорода, света, а в тепловодных бассейнах и тепла, высокая гидро­ динамическая активность воды. Здесь создаются оптимальные ус­ ловия для развития разнообразных организмов, прежде всего зоо- и фитобентоса. Это самая «населенная» часть моря. В прибрежной части перитовой области широко развиты заросли водорослей; дальше от берега — органогенные постройки и барьерные рифы с их разнообразными биоценозами. Высокая подвижность вод опре­ деляет хорошую сортировку обломочного материала осадков. Фор­ мируются пляжевые и баровые пески, песчаные косы и отмели. Это

зона постоянного взмучивания осадков и выноса тонких глинистый

частиц в более глубокие зоны моря.

Если берег морского бассейна соседствует с областью расчле­ ненного на-суше рельефа («высокий» берег), то в прибрежной части неритовой области господствуют галечники, гравий, пески и алев­ риты. Если берег моря пологий, «низкий», с которого не поступаел обломочный материал, то в прибрежной части неритовой области накапливаются биогенные, биогенно-детрмтовые и оолитовые изве­ стняки. Здесь могут образовываться оолитовые железные руды. В более глубоких частях — фосфатные осадки, а также глауко­

ность осадков по простиранию и закономерная смена в направле­ нии, перпендикулярном берегу моря. Количество осадочного мате­ риала, поступающего в неритовую зону, велико, и скорость накоп­ ления осадков очень большая.

Б а т и а л ь н а я о б л а с т ь распространяется от глубины 200 до 2—3 тыс. м и отвечает континентальному склону, образующему крутой уступ в рельефе дна океана. Уклон дна в пределах усту­ па — от 4—5 до 45° (в отдельных районах). Для этой области ха­ рактерно накопление относительно глубоководных осадков в усло­ виях слабой освещенности, относительно низких постоянных тем­ ператур воды, низкой гидродинамической активности среды. По­ верхность дна в пределах области наклонена в сторону централь­ ных частей бассейна и часто прорезана подводными каньонами. Условия здесь неблагоприятны для развития бентоса. Нормальные донные биоценозы спускаются из неритовой зоны в батиальную до глубин 500—600 м, глубже — специфические с очень низкой плот­ ностью донного населения. Господствующим типом организмов ста­ новится планктон, концентрирующийся в поверхностной 200-метро- вой толще воды. В пределах значительной части области накапли­ ваются тонкие илы, сложенные скелетными остатками планктона, после смерти организмов погружающимися на дно: кремнисты­ ми (диатомеи, радиолярии) и карбонатными (фораминиферы, кокколитофориды).

Малая подвижность вод определяет преобладание алевритовых осадков во внешней более мелководной части области и глини­ стых — во внутренней, более глубоководной. Крутой уклон дна в районе континентального склона и наличие подводных каньонов с крутыми склонами способствуют частому оползанию полужидких, незатвердевших осадков. Возникают турбидитные потоки, перено­ сящие более грубозернистые осадки в глубоководные части мор­ ского бассейна (см. гл. 3). Осаждение турбидитов приводит к об­ разованию своеобразного типа слоистости — градационной. В ба­