Краткий курс литологии

оползающий осадок внедряется в более древние незатвердевшие осадки (см. рис. 1.6).

Масштабы проявления подводно-оползневых текстур могут быть самыми разнообразными: от гофрировки, измеряемой милли­ метрами, до горизонтов смятия, охватывающих толщи осадков и десятки метров. Скольжение полужидких осадков по дну может начаться при уклонах дна, измеряемых первыми градусами (по данным А. Д. Архангельского, даже при уклоне 1—2°). Причина­ ми подводно-оползневых деформаций часто являются сейсмические толчки.

Текстуры ориентированных обломков образуются за счет на­ копления обломков пород (иногда раковин организмов) в усло­ виях интенсивно движущейся среды. Например, речные и морские конгломераты часто бывают сложены гальками, имеющими опре­ деленную ориентировку в пространстве. Такие ориентированные обломочные текстуры позволяют восстанавливать характер среды их отложения и, в ряде случаев, направление приноса обломков.

Сутуростилолитовые текстуры наблюдаются чаще всего в из­ вестняках и доломитах, значительно реже встречаются в песчани­ ках, алевролитах и глинистых породах (рис. 1.7). Г. И. Теодорович

Рис. 1.7. Сутуростилолитовая текстура в образце известняка

характеризует стилолиты как выступы вышележащего слоя, вдаю­ щиеся наподобие зубцов в нижележащий слой и отделенные от последнего поверхностью раздела, как правило, покрытой пленкой глинистого материала. Выступы обладают более или менее парал­ лельной штриховкой боковых поверхностей, представляющей собой следы скольжения, внедрения. Высота «зубцов» стилолитов, как правило, не превышает 1—10 см, а их длина может достигать многих метров. Стилолиты обычно более или менее параллельны плоскости наслоения пород, хотя могут быть наклонными или да­ же перпендикулярными к слоистости.

Сутурами, по Г И. Теодоровичу, называют микрозубчатые ли­ нии, наблюдаемые на расколах некоторых известняков, мергелей и других пород и представляющие собой срезы микробугристых, так называемых сутурных поверхностей. Сутуры связаны со стилолптами постепенными переходами, разница между ними состоит лишь в различной степени развития «зубчатости».

Сутуростилолитовые текстуры часто обладают стратиграфиче­ ской приуроченностью. Они могут переполнять одни горизонты единой карбонатной толщи пород и совершенно отсутствовать в других выше- и нижележащих горизонтах. Условия образования сутур и стилолитов, несмотря на то, что им посвящена обширная литература, остаются до настоящего времени дискуссионными. Большинство исследователей сходится на том, что значительную роль в образовании этих текстур играли процессы неравномерного, селективного растворения вещества пород вдоль трещин в усло­ виях их сдавливания под нагрузкой вышележащих осадков или под влиянием стресса.

Текстура cone-in-cone (фунтиковая) наблюдается в маломощ­ ных (до 20—30 см) прослоях, а также караваеобразных и линзо­ видных конкрециях известняка, глинистого известняка или мерге­ ля, залегающего среди глинистых или известково-глинистых пород. Фунтиковая текстура представляет собой систему вложенных

друг в друга полых конусов. Тон­ кие стенки этих конусов часто имеют гофрированное или плойчатое строение. Отдельные «стопки» их тесно прижаты друг к другу, обра­ зуя сплошную фунтиковую поверх­ ность (рис. 1.8). Текстура cone-in­ cone часто похожа на фаунистические остатки, с которыми ее нельзя смешивать. Формирование фунтиковой текстуры объясняется перекри­ сталлизацией кальцита в процессах катагенеза под влиянием давления вышележащих пород.

Внутрипластовые биогенные текстуры

Внутрипластовые текстуры, имеющие биогенное происхожде­ ние, встречаются значительно реже, чем абиогенные текстуры. Среди биогенных текстур выделяется много разновидностей, таких, например, как следы зарывающихся в ил и перерабатывающих его червей, ракообразных, моллюсков, брахиопод, а также следы корней растений и т. п.

Наиболее часто встречающиеся ходы червей-илоедов представ­ ляют собой округлые или овальные в поперечном сечении трубки, обычно причудливо изгибающиеся и пересекающие осадок (поро­ ду) в самых различных направлениях. Такие ходы могут быть заполнены или тем же осадком, или же осадком из вышеиди ни­ жележащих прослоев. Ходы червей-илоедов наблюдаются в раз­ личных породах: глинисто-алевритовых, песчаных, карбонатных и др. Черви-илоеды, по данным В. Твенхофела, обитают на различ­ ных глубинах, поэтому текстуры ходов для определения глубин

бассейна осадконакопления необходимо использовать с осторож­ ностью.

Текстуры, связанные с ростом растений, имеют различный об­ лик. Корневая система растений пересекает слоистость осадков по вертикали, образуя своеобразную текстуру прорастания или протыкания. Такие текстуры особенно часто наблюдаются в угле­ носных отложениях, где они приурочены к почве угольных пластов.

Абиогенные текстуры поверхностей наслоения

Текстуры знаков ряби. Знаки ряби представляют собой ряды прямых или изогнутых, более или менее параллельных, реже пе­ рекрещивающихся в плане валиков, образованных водными тече­ ниями или волнением (а также ветром), на поверхности осадка. Приуроченность знаков ряби к кровле, а их слепков к подошве пластов позволяет судить о нормальном или опрокинутом залега­ нии слоев. Особенности строения знаков ряби могут указывать на условия их образования. При изучении знаков ряби необходимо определять длину волны L, высоту (амплитуду) ряби Я, индекс ряби, выражающий отношение длины волны ряби к ее высо­ те L Н, горизонтальный индекс ряби, отражающий степень асим­ метрии ряби, т. е. отношение ширины пологого и крутого склонов валика у асимметричных типов ряби L\ : L2 (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Типы знаков ряби:

В о л н о в а я р я б ь возникает под действием волн в мелковод­ ных зонах морских и озерных бассейнов. Различается волновая осцилляционная рябь, возникающая в более глубоких частях ли­ торальной или иеритовой зон, и волновая прибойная рябь, обра­ зующаяся непосредственно в прибрежной зоне бассейна. П е р в ы й тип р я б и характеризуется симметричным или почти симметрич­ ным строением гребней. Вершинки гребней острые или слегка за­ кругленные. Углубления между гребнями широкие. Гребни более или менее прямолинейные и располагаются обычно на равных рас­ стояниях параллельно друг другу. Индекс ряби L Я = 5-М0. Вт о ­

ных течений. Знаки ряби течений могут возникать в мелко- и очень глубоководных частях бассейнов, в зоне действия морских течений. Подводное фотографирование океанского дна установило образо­ вание современной ряби течения на глубинах до 5—7 тыс. м. Ва­ лики ряби течений в плане обычно волнистые или дугообразные, иногда почти прямолинейные. Рябь асимметричная с крутым скло­ ном, направленным вниз по течению. Валики расположены почти

побережий и пустынь под действием ветра. Форма валиков ряби непостоянна. Они обычно изогнуты, асимметричны, имеют пологий

дошве) слоев песчаных, алевритовых и реже карбонатных пород. Эти слепки имеют форму валиков, выступов за счет заполнения вымоин более молодым осадком. Один конец валика более узкий, заостренный, конусовидный, другой конец широкий, языковидный, постепенно сливается с окружающей поверхностью (рис. 1.10). Ширина следов струй течения колеблется от 1 до 10 см, длина — от 1—5 до 15—25 см. Слепки со следов струй течения располагают­ ся параллельно течению. Их суженные или заостренные концы на­ правлены навстречу течению.

Текстуры трещин усыхания. На поверхности наслоения глини­ стых и алевритовых пород, мергелей и глинистых известняков иногда наблюдаются следы растрескивания поверхности осадка в результате его высыхания на воздухе. Трещины усыхания, пере­ секаясь между собой, делят поверхность пласта на различные по размерам неправильные полигональные участки (рис. 1.11). Шири­ на таких трещин колеблется от 0,5—1,0 до 2—3 см, глубина — от

Рис. 1.10. Слепки со следов струй течения на подошве вышележащего слоя (план) (стрелка показывает направление течения)

нескольких миллиметров до не­ скольких сантиметров. На поверх­ ности слоя трещины усыхания за­ полнены обычно песчано-алеври­ товым материалом. На нижней поверхности слоя, перекрываю­ щего породы с трещинами усы­ хания, нередко образуются реб­ ристые выступы (слепки с тре­ щин), сложенные материалом по­ крывающего пласта. Наличие трещин усыхания указывает на то, что в процессе осадкообразо­ вания поверхность пласта перио­ дически осушалась и оказыва­ лась на воздухе.

Текстуры внедрения и оползания осадков. При оползании не­ затвердевших, полужидких осадков происходит ие только образова­ ние внутрислоевой плойчатости, микроскладчатости, но и форми­ рование на поверхности оползающих осадков округлых языковид­ ных, неправильно-бугорчатых валиковых форм и «морщин».

Текстуры следов — отпечатков капель дождя, кристаллов соли, льда и т. п. — описаны в литературе, хотя и являются достаточно редкими. Они свидетельствуют о периодическом выходе осадка на дневную поверхность или о его накоплении на очень небольшой глубине в субаэральных условиях.

Биогенные текстуры поверхностей наслоения

Среди следов, оставленных на поверхностях наслоения пород различными организмами и обнаруживаемых в ископаемом состоя­ нии, наибольшее распространение имеют следы жизнедеятельности

организмов, ползающих на поверхности осадков, и в первую оче­ редь ходы червей. Следы червей представляют собой бороздки или валики, часто многочисленные, причудливо переплетающиеся.

Следы организмов, включая отпечатки лап ящеров, птиц и дру­ гих животных, являются редкими находками.

Криптогенные текстуры поверхностей наслоения

К гиероглифам относятся знаки на поверхности осадков, про­ исхождение которых остается невыясненным. Таковы, например, бугорчатые образования различной формы и размеров, довольно крупные ориентированные валики и ряд других текстур.

Вопросы и упражнения

1.Перечислите этапы образования и существования осадочных пород.

2.Что представляют собой продукты выветривания материнских пород?

3.Какова дальнейшая судьба продуктов выветривания, после того как они будут удалены процессами эрозии из зоны выветривания?

4.На какие две группы, с точки зрения геохимической подвижности, можно разделить продукты выветривания, мигрирующие в форме истинных растворов?

5.Изучите табл. 1.1. Обратите внимание на различные термины, используе­ мые учеными отдельных стран для обозначения одних и тех же этапов постседиментационного изменения осадочных пород.

6.Какое происхождение имеют различные аллотигеиные компоненты оса­ дочных пород?

7.На какие группы делятся аутигенные компоненты осадочных пород в за­ висимости от времени образования?

8.Дайте определение понятий «структура» и «текстура» породы.

9.Перечислите основные виды слоистости.

10.Чем может выражаться слоистость пород?

И.Охарактеризуйте условия, в которых возникает косая слоистость пород,

12.Чем слоистая текстура пород отличается от сланцеватой?

13. В чем выражаются и в каких условиях возникают текстуры внедрения

иоползания осадков?

14.Опишите сутуростилолитовую текстуру пород.

15.Перечислите основные виды ряби па поверхности слоев осадочных по­

род.

16.В каких условиях образуются текстуры трещин усыхания пород?

17.Что такое гиероглифы?

Г л а в а 2

ВЫВЕТРИВАНИЕ — ЭТАП ПОДГОТОВКИ ВЕЩЕСТВА БУДУЩИХ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

Выветриванием называется процесс разрушении материнских пород (магматических, метаморфических или более древних оса­ дочных), слагающих поверхность континентов. Это первый этап образования будущих осадочных пород. Выветривание создает

материал, основное «сырье», из которого будут сформированы осадочные породы. Образующиеся при выветривании продукты в виде обломков и частиц различного размера или растворов уда­ ляются из зоны выветривания под воздействием процессов эрозии. Вынос этих продуктов является необходимым компонентом про­ цессов выветривания. При отсутствии процессов эрозии выветри­ вание постепенно затухает.

В выветривании необходимо различать две стороны единого процесса: а) механическое раздробление, дезинтеграция (физиче­ ское выветривание) материнской породы; б) химическое разложе­ ние (химическое выветривание).

Механическое раздробление материнских пород

Физическое выветривание, или механическое раздробление материнских пород, приводит к их дезинтеграции, распаду на от­ дельные обломки различного размера от крупных глыб до щебня, песка и мелкой пыли включительно. Такое раздробление происхо­ дит под влиянием ряда следующих факторов.

И з м е н е н и е те мпе рату ры (суточное и сезонное). Из­ вестно, что все тела при нагревании расширяются, а при охлаж­ дении сжимаются. Горные породы состоят из массы зерен различ­ ных минералов. При этом разные минералы имеют разные коэф­ фициенты линейного (рис. 2.1) и объемного расширения, т. е. при нагревании на 1° С увеличивают свою длину или объем на разную величину (табл. 2.1, 2.2).

Рис. 2.1. Характер изменения формы кристалла кварца при нагревании:

/ — до нагревания; 2 — после нагревания. (Увеличение линейных параметров по на­ правлению, перпендикулярному осн сим­ метрии JL3 в 2 раза больше, чем по направ­ лению, параллельному этой оси.)

Коэффициенты объемного расширения некоторых минералов

Так, например, при нагревании солнцем гранитной породы на 50°С все кварцевые зерна увеличиваются на 0,015 своего объема. В большом массиве породы такие изменения объемов, составляю­ щих породу миллионов зерен различных минералов, вызывают зна­ чительные усилия, ослабляющие и нарушающие связи между от­ дельными минеральными зернами, слагающими породу. Поэтому в породах, то нагреваемых солнцем, то охлаждающихся, медленно, но неотвратимо идет процесс разрушения связей в агрегатах ми­ неральных зерен. В результате породы начинают трескаться, рас­ падаться на отдельные обломки.

С и л ы к р и с т а л л и з а ц и и . В тех районах, где имеются зна­ чительные сезонные колебания климата, вода, пропитывающая все породы, замерзает. При замерзании воды в трещинках, порах и пустотах горных пород кристаллы льда действуют расклиниваю­ щим образом, разрывают породы, так как вода при замерзании увеличивает свой объем примерно на 9%. Такое же расклиниваю­ щее воздействие на породы могут оказывать растущие в трещинах кристаллы растворимых соединений (кальцит, гипс и др.).

Т е к т о н и ч е с к и е силы. При тектонических движениях про­ исходит изгибание пластов пород, образование складок. При этом

говые породы. Ветер, несущий частицы песка, активно разрушает, абрадирует массивы горных пород.

Э р о з и о н н а я д е я те л ь н о с ть л ь д а ( э к з а р а ц и я ) .

В зонах высоких широт Арктики и Антарктики, а также в высоко­ горных районах Земли горные породы дробятся под воздействием движущихся ледников.

Воздействие перечисленных факторов приводит, как уже ука­ зывалось, к раздроблению выветривающихся горных пород па обломки различного размера. Более крупные из них могут скапли­ ваться на склонах и в пониженных частях рельефа. Более мелкие, поступая в речные потоки или подхваченные ветром, уносятся иногда на сотни и тысячи километров от зоны разрушения мате-

римской породы и, отлагаясь, образуют различные обломочные осадочные породы.

Наиболее ярко физическое выветривание материнских пород проявляется в областях горного рельефа, в зонах пустынь, для ко­ торых характерны значительные суточные или сезонные колебания температур, а также в районах высоких широт Арктики и Антарк­ тики, где разрушение материнских пород осуществляется при активном участии льда.

Химическое разложение материнских пород

Наряду с механическим раздроблением горных пород в зоне выветривания происходит их глубокое химическое преобразование (химическое выветривание). Процессы химического выветривания очень сложны и до конца еще не изучены. Основными, ведущими реакциями являются: гидролиз материнских минералов под воз­ действием воды, гидратация, карбопатизация, окисление и ряд других. Все эти процессы идут на фойе выноса из зоны реакций катионов различных металлов в виде истинных или коллоидных растворов. Таким образом, процесс химического выветривания должен сопровождаться постоянным или периодическим промыва­ нием зоны выветривания материнских пород водой (например, дож­ девой), которая и удаляет продукты реакций, что обеспечивает дальнейшее продолжение процесса выветривания. Основными аген­ тами химического изменения выветривающихся пород являются: повышенная температура, растворенные в воде газы, такие как С02, 0 2, NH3, H2S, СН4, и другие соединения.

Наиболее интенсивно процессы химического выветривания про­ исходят в областях влажного тропического климата с обильной растительностью, при разложении остатков которой образуются разнообразные реакционно активные соединения, резко меняется физико-химическая обстановка в зоне выветривания, активизи­ руются процессы химического разложения минералов материнских пород. Следовательно, средой, в которой протекают все химиче­ ские реакции в зоне выветривания, и их активнейшим участником является вода.

Структура жидкой воды достаточно сложна. Электронная плот­ ность в молекуле воды распространяется таким образом, что со­ здаются четыре полюса зарядов: 2 положительных, связанных с атомами водорода, и 2 отрицательных, связанных с атомом кис­ лорода (рис. 2.2). Указанные четыре полюса зарядов располагают­ ся в вершинах тетраэдра. Благодаря такой полярности вода имеет высокий дипольный момент. Вода — слабый электролит, диссо­ циирующий согласно уравнению Н2О ^Н + + О Н “. Количественной характеристикой электролитической диссоциации воды служит ионное произведение воды Кв = [Н+] • [ОН- ], где [Н+] и [ОН- ] —