Краткий курс литологии

Представители перечисленных групп, за исключением аиатаза, брукита, рутила и лейкоксеиа, образующих обычно единичные мелкие кристаллики и отдельные выделения, широко представлены в цементах обломочных пород. Многие из них участвуют, как уже указывалось, в регенерации зерен обломочных минералов или об­ ломков фауны (например, кварц, полевые шпаты, кальцит). Они присутствуют в различных породах в виде более или менее рас­ сеянных и изолированных агрегатов. Минералы групп кремнезема, карбонатов, сульфидов, сульфатов часто образуют разнообразные стяжения и конкреции в глинистых, обломочных, карбонатных и других породах.

Как результат кагагенетических процессов, особенно в усло­ виях значительного погружения осадочных пород, при высоких давлениях и повышенных температурах, усиливаются миграция и перераспределение различных соединений, в том числе соединения многих металлов, рассеянных в осадочных породах. Такое катагепетическое перераспределение вещества внутри осадочных толщ может способствовать формированию пластовых сульфидных ме­ сторождений ряда металлов, имеющих «гидротермальный облик» (свинец, цинк, медь). Это так называемые стратиформные место­ рождения, образование которых во многом определяется процес­ сами катагенеза. Действительно, на глубине, например, 3 000 м от поверхности земли, где господствуют геостатическое давление око­ ло 800 кг/см2, гидростатическое — 300 кг/см2, а температура состав­ ляет 100°С, часто больше, резко повышаются растворимость и реакционная активность многих соединений, в том числе ряда металлов, приводящая к накоплению их в определенных пластах и пачках пород.

При погружении в осадочных породах происходит трансформа­ ция многих минералов, обладающих «рыхлой» кристаллической решеткой, в более «плотные» минералы. Развиваются процессы разрушения коллоидов, их дегидратация и др. Например, гипс переходит в ангидрит, опал теряет воду и трансформируется в халцедон и далее в кварц. Каолинитовый цемент песчаников пре­ образуется в диккитовый. Особое значение имеют преобразования минерального состава глинистых пород.

Исследованиями ряда советских и зарубежных ученых установ­ лены процессы гидрослюдизацип (иллитизации) таких глинистых минералов, как монтмориллонит, т. е. переход его в иллит, при погружении пород на глубины, превышающие 3—4 тыс. м, а также широкое развитие хлоритизации пород. Монтмориллонит, обладаю­ щий «разбухающей» кристаллической решеткой, межплоскостные

жесткостью и межплоскостным расстоянием 10 А.

Такой переход сопровождается освобождением большого коли­ чества кремнезема, который в форме ThSi04 вместе с поровымн растворами выжимается из уплотняющихся глин в соседние более

пористые пласты, участвуя в формировании кремнистых цементов различных обломочных пород, а частично цементируя образую­ щиеся глинистые породы — массивные аргиллиты. Процесс идет по схеме

+ 6 H4Si04+ 2 Н+

Таким образом, осадочные породы в течение существования в литосфере, т. е. на этапе катагенеза, не являются инертными мас­ сами. В них развиваются многообразные и сложные физико-хими­ ческие процессы, во многом наследующие процессы, начавшиеся еще в диагенезе, или же отражающие изменяющуюся реальность перехода осадочных пород в области повышающихся давлений и температур, что связано с погружением пород в глубины земной коры.

Для понимания процессов катагенеза многое сделано советски­ ми литологами А. В. Копелиовичем, А. Г Коссовской, В. Д. Шуто­ вым, Н. Б. Вассоевичем, Н. В. Логвиненко и др. В частности, в ра­ ботах А. Г Коссовской и В. Д. Шутова на примере мощных песча­ но-глинистых толщ от перми до нижнего мела Верхоянского района Восточной Сибири впервые разработано понятие о стадийном ха­ рактере развития процессов катагенеза и выделены зоны катагене­ за, для которых характерно развитие в песчано-глинистых породах определенных цементов и структур. В частности, по мере усиления катагенетического преобразования пород последовательно выде­ ляются: 1) зона неизмененного глинистого цемента мощностью около 500 м; 2) зона хлоритового и хлоритово-кварцевого цемента мощностью около 3 500 м; 3) зона кварцево-регенерационного це­ мента (кварцитовидных структур) мощностью 4—6 тыс. м; 4) зо­ на кварцево-регенерационного и слюдистого цемента мощностью до-3 000—3 500 м. Породы последней зоны находятся уже на стадии перехода от осадочных образований к метаморфическим. Таким образом, катагенетические процессы охватывают толщу пород, мощность которой составляет около 10 000 м.

Вопросы а упражнения

1.Что такое регрессивный эпигенез?

2.В чем состоит сущность перекристаллизации некоторых пород в резуль­ тате дифференциального растворения минерального вещества?

3.В каких случаях можно говорить о процессах регенерации минеральных частиц, слагающих обломочные и некоторые карбонатные породы?

4.Что такое аргиллиты и как они образуются?

тате катагенетического преобразования монтмориллонита в иллит в пласте гли­ нистых пород, содержащих 20% монтмориллонита? Мощность пласта — 100 м;

Г лава 7 МЕТАГЕНЕЗ — ЭТАП ПЕРЕХОДА ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

В МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ

Работы А. Г Коссовской, В. Д. Шутова, А. В. Копелиовича, Н. В. Логвиненко и других исследователей, изучавших процессы катагенеза, показали, что по мере роста давлений и температур, повышении реакционной активности норовых растворов и усиления всех процессов преобразования осадочных пород осуществляется их постепенный переход в метаморфические породы. Такой переход сопровождается коренной перестройкой структурно-текстурного п минерального облика пород и выделяется под названием метаге­ неза пород. М. В. Логвиненко отмечает, что метагенез происходит в геосинклиналях, где мощности осадочных толщ превышают 7— 8 км при давлении 2—3 тыс. атм, температуре 200—300°С и при участии минерализованных растворов. В качестве важного факто­ ра метагенеза выступает однонаправленное давление — стресс.

Для обломочных пород, находящихся на стадии метагенетического преобразования, характерно широкое развитие процессов бластеза, т. е. перекристаллизации минеральных компонентов поро­ ды, их растворение под давлением и псреотложение, наблюдаются явления регенерации (часто направленной) обломочных зерен кварца, полевых шпатов и других минералов. Получают развитие мозаичные, взаимопроникающие (инкорпорационные) контакты обломочных зерен.

Многие исследователи подчеркивают существенную переработ­ ку цементов обломочных пород (особенно глинистых цементов). Резко усиливаются сермцптизация и хлоритизация глинистого ве­ щества. В цементах постепенно появляется и приобретает сущест­ венное значение мусковит. Зерна обломочного биотита преобра­ зуются в пакеты хлорита и гидромусковнта пли мусковита. Серицитизируются плагиоклазы и калиевые полевые шпаты. Наблю­ даются процессы альбитизации плагиоклазов с образованием цео­ литов. Появляются новообразования таких минералов, как эпидот и цоизит.

Существенное влияние на преобразование осадочных пород на стадии метагенеза оказывает воздействие стресса, т. е. однонаправ­ ленного давления, обычно связанного с вовлечением осадочных толщ в складкообразовательные движения.

Под влиянием стресса развивается сланцеватость не только в глинистых, но и в обломочных породах. Возникает явление на­ правленной перекристаллизации обломочных зерен (особенно квар­ цевых), образование линзовидных зерен, вытянутых в плоскости, перпендикулярной давлению, исчезновение за счет растворения под давлением мелких обломочных зерен минералов, формирова­ ние своеобразных кварцили халцедон-хлоритовых, кварц-серици- товых оторочек зерен в «тенях давления» (рис. 7.1). Структурно­ текстурный облик обломочных пород в результате процессов ме­ тагенеза радикально преобразуется. Эти породы уже не являются

осадочными, хотя их осадочная природа устанавливается без осо­ бого труда. Для названия таких пород удобно использовать при­ ставку «бласто-», подчеркивающую существенную переработку пород процессами метагенеза. Таким образом, мы будем иметь бластогравелиты, бластопесчаники, бластоалевролиты.

Рис. 7.1. Образование линзовидных зерен и формирование халцедонхлоритовых оторочек в «тенях» давления бластопесчаников триаса Восточного Забайкалья:

1 — обломочные зерна кварца; 2 — халцедон-хлоритовые оторочки в «тенях» давления; 3 — хлорит-серицитовые агрегаты

Для глинистых пород на стадии метагенеза характерно разви­ тие гидрослюды, серицита, хлорита с образованием оптически однообразно ориентированных агрегатов этих минералов. Появ­ ляются мелкие листочки мусковита. Аргиллиты и сланцеватые ар­ гиллиты превращаются в черные, твердые, блестящие, так назы­ ваемые аспидные сланцы. При значительных количествах серици­ та и хлорита выделяются филлитовидные сланцы.

Карбонатные породы претерпевают перекристаллизацию и пе­ реходят в кристаллические разности пород (мраморизованные из­ вестняки и доломиты).

Многие исследователи отмечают, что наряду с такими фактора­ ми, как давление, температура и концентрация поровых растворов, важную роль в глубине и характере метагенетических преобразо­ ваний осадочных пород играет продолжительность этих преобразо­ ваний, т. е. геологическое время.

Вопросы и упражнения

1.Какие условия характерны для зоны метагенеза?

2.В чем заключаются изменения обломочных компонентов пород на стадии метагенеза?

3.Что происходит с глинистыми породами при их метагенетическом изме­

нении?

4.Какие типы карбонатных пород характерны для зоны метагенеза?

Ч а с т ь 2

ПЕТРОГРАФИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

Г л а в а 8

КЛАССИФИКАЦИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

Прежде чем перейти к рассмотрению отдельных групп пород, необходимо остановиться на проблеме классификации осадочных пород. До настоящего времени нет их общепринятой классифика­ ции. Это связано прежде всего с разнообразием процессов и фак­ торов, контролирующих образование осадков: активное влияние силы тяжести на извлечение обломочных частиц из путей их миг­ рации; процессы коагуляции субколлоидных и коллоидных систем; биогенное извлечение различных соединений или кристаллизация вещества из концентрирующихся ионных растворов и т. п.

В СССР большим распространением пользуется классификация осадочных пород, предложенная в 1958 г. М. С. Швецовым (габл. 8.1). Следует упомянуть классификации Г И. Теодоровича

ции М. С. Швецова в той или иной форме предусматривают выде­ ление лишь двух основных групп пород: обломочных и химических (биохимических) В классификации М. С. Швецова обособляется <и.мостоятельная группа глинистых пород, что отражает сущестниую роль, придаваемую автором степени рассеяния (дисперс­

ности) осадкообразующего вещества.

В перечисленных классификациях к единой группе химических (биохимических) пород относятся различные образования. Напри- 'О'р, бокситы пли марганцевые породы по условиям своего образо­ вания имеют мало общего с каменной или калийной солью. Раз­ личны условия образования фосфоритов и гипса и т. д. Учитывая то, М. С. Швецов оговорил, что породы данной группы образуют­ ся под действием различных факторов. Наименование групп по­ род: обломочные, глинистые, химические и биохимические — не отражает какого-либо единого подхода к их обособлению.

В то же время представляется важной попытка генетического подхода к классификации осадочных образований. Признание того факта, что осадочные породы представляют собой закономерные образования, продукты определенных природных процессов, яв­ ляется фундаментом для возможности классифицировать осадоч­ ные образования исходя из существа этих процессов, т. е. откры­ вает перспективу создания генетической классификации осадочных пород. При разработке такой классификации прежде всего необхо­ димо правильно оценить роль субколлоидных и коллоидных систем в процессах литогенеза.

Нам известно, что продукты выветривания, возникающие при механическом раздроблении и химическом разложении материн­ ских пород, образуют непрерывный ряд по степени дисперсности осадочного вещества. При этом выделяются грубодисперсные, кол­ лоидно-дисперсные и ионно-дисперсные системы.

К коллоидным относятся системы, образованные частицами, по­ перечник которых лежит в пределах 1 100 нм (10-6—10-4 мм). Верхний предел дисперсности таких систем обусловлен тем, что при дальнейшем дроблении вещества мы переходим от агрегатов мо­ лекул (частиц) к отдельным молекулам или ионам. Нижний пре­ дел определяется резким снижением интенсивности теплового дви­ жения частиц с поперечником больше 10-4 мм. Необходимо отме­ тить, что коллоидная химия рассматривает также системы, части­ цы которых могут достигать в поперечнике нескольких микронов, а иногда значительно больших размеров. Свойства подобных си­ стем, называемых микрогетерогеНными, могут во многом совпадать со свойствами коллоидных систем. Такие системы легко образуют с водой частицы глинистых минералов.

Переход от грубодисперсных к молекулярно-дисперсным си­ стемам непрерывен, однако занимающие промежуточное положе­ ние коллоидные и микрогетерогенные системы качественно вполне специфичны. Они имеют большую удельную поверхность, поэтому огромное значение для них имеют адсорбция и поверхностные яв­ ления.

Роль осадкообразующих компонентов субколлоидной и коллоид­ ной природы в формировании осадочных пород неоднократно от­

лисперсиых частиц. Он подчеркивал, что основная масса железа в морской воде присутствует в виде коллоидной водной окиси. К числу осадков, имеющих коллоидное происхождение, относятся бокситы. Ф. В. Чухров указывал, что бокситы представляют собой химические коллоидные осадки глинозема с переменным количе­ ством окиси железа.

Н. М. Страхов (1960), рассматривая формы переноса различ-

ветствии с типами процессов, формирующих осадочные образова­ ния. Тогда их классификация будет выглядеть следующим образом (табл. 8.3).

грубообломочные породы, песчаники, нормально-осадочные и пиро­ кластические алевролиты (туфы,, туффиты и туфопороды). Эти образования являются грубодисперсными продуктами механическо­ го дробления материнских пород. Кластогенные породы форми­ руются за счет выпадения и накопления обломочных компонентов

продуктов химического разложения и частично механического раз­ рушения материнских пород (например, более древних глинистых толщ). Такие субколлоидные продукты образуют природные сус­ пензии, т. е. системы, дисперсность фазы которых приближается к ппжней границе коллоидной размерности (1 —10 мкм, или 0,001 — 0,01 мм). Извлечение вещества из путей миграции обусловливает­ ся процессами коагуляции суспензий, хотя в силу низкой дисперс­ ности определенную роль может играть и гравитация. В эту же группу входят аллитные породы (бокситы), а также железистые и марганцевые, образующиеся в результате коагуляции коллоидных систем.

Г р у п п а и о н о г е н н ы х п о р о д включает породы, со­ стоящие из продуктов дифференциации осадочного вещества, нахо­ дящегося в зоне осадкообразования в высшей (ионной) степени дисперсности. По степени подвижности компоненты, мигрирующие в форме истинных растворов, могут быть разделены на две под­ группы:

—менее подвижные карбонаты Са и Mg, фосфаты и кремне­

зем;

—высокоподвижные сульфаты и хлориды Са, Mg, Na, К, бора­

ты п некоторые другие соединения.

Соединения первой подгруппы легко извлекаются из путей миг­ рации в результате жизнедеятельности организмов либо выпадают

из растворов при незначительном повышении их концентрации. При этом образуются известняки, доломиты, фосфориты, кремни­ стые породы. Сюда же можно отнести торф, ископаемые угли и горючие сланцы, представляющие собой скопления органического вещества, порождаемые исключительно деятельностью организмов. Таким образом, эту подгруппу образуют породы, которые могут быть названы ионно-биогенными.

Высокоподвижные компоненты второй подгруппы кристалли­ зуются из истинных растворов только в результате их сильной концентрации, реализующейся в условиях жаркого засушливого (аридного) климата. При этом формируются гипсы, ангидриты, каменная соль, калийные соли, бораты и др., которые объединяют­ ся в подгруппу эвапоритов.

Роль различных типов осадочных пород в сложении осадочной оболочки земли различна. Более 95% всех осадочных толщ сла­ гаются всего лишь тремя типами пород, а именно: глинистыми, об­ ломочными и карбонатными.

Различные авторы путем измерения мощностей в разрезах оса­ дочных толщ по-разному оценивают роль глинистых пород, ресчаников и известняков в сложении этих толщ (табл. 8.4).

Т а б л и ц а 8.4

Распространенность основных типов осадочных пород по данным измерения мощностей в разрезах осадочных толщ

(по Ф. Дж. Петтиджону, 1975)

Несколько иные данные приводятся авторами, которые рассчи­ тывали теоретические соотношения между глинистыми породами, песчаниками и известняками. При таких подсчетах определялись соотношения, в которых эти породы должны находиться в страто­ сфере, чтобы их усредненные химические анализы, взятые в этих соотношениях, соответствовали бы химическому составу усреднен­ ной материнской магматической породы, за счет разрушения (вы­ ветривания) которой образовались все эти осадочные породы

(табл. 8.5)

Новейшие данные изучения разрезов осадочных толщ показы­ вают, что роль карбонатных пород в них, по-видимому, выше, чем это определялось более ранними исследованиями. Так, Н. В. Лог­