1.Характеристика основных типов карбонатных пород.
Известняки
Известняки органогенные (биогенные). Биогенный способ накопления известняков (кальцита) в настоящее время преобладает, вероятно такая же тенденция имела место в течение всего фанерозоя. Такого рода породы представляют собой окаменевшие продукты жизнедеятельности животных и растений. Среди них различают биогермы - прижизненные скопления прикрепленных организмов, находящихся в состоянии роста - кораллы, мшанковые и водорослевые - строматолитовые известняки.
Выделяют еще биоценозы - прижизненные скопления организмов, обитающих вместе на определенном участке дна бассейна. Биоценозы и- весьма разнообразные горные породы, они дают обычно цельнораковинные известняки.
Еще чаще встречаются известняки, представляющие собой результат совместного захоронения обломочного детрита ранее умерших животных. Такие скопления получили названия танато- и тафоценозов. Они сложены окаменевшими остатками самых различных видов - например, брахиопод, пелиципод, криноидей, фораменифер и др.
Если преобладающей группы организмов выделить нельзя, то могут рассматриваться, например, брахиоподово-коралловые, фораминиферо-водорослевом известняки или просто органогенные известняки.
В результате тонкого перетирания скелетных остатков волнениями в прибрежной зоне образуются микрозернистые известняки, часто трудно отличимые от пород химического происхождения.
Специфической разновидностью органогенных известняков является писчий мел. Эта горная порода сложена в основном слабосцементированными остатками мельчайших организмов, в основном коколитофорид. С этим связаны его физические свойства: небольшая твердость (менее 1), большая пористость (около40%- как у глин), значительная естественная влажность (около 30%).
Часть афанитовых и микрозернистых известняков сформировалась органогенным, а другая часть хемогенным путем, часто это трудно определить в диагенетически преобра-зованных породах.
Хемогенные известняки. К этой группе относят известняковые породы, сформировавшиеся хемогенным способом на стадиях осадконакопления или раннего диагенеза. Распространение хемогенных карбонатных пород существенно меньше, чем органогенных. Обычно хемогенные известняки имеют зернистую или кристаллическую структуру. Для этих пород характерны также оолитовые и сферолитовые структуры. Хемогенные породы часто ассоциируют с органогенными.
Особую подгруппу карбонатных хемогенных пород представляют собой известковые натеки (например, сталактиты и сталагмиты в пещерах), образующиеся за счет выпадения из просачивающихся растворов кальцита или его разновидности арагонита. Эти образования имеют обычно игольчато-кристаллическую структуру, причем кристаллы ориентированы перпендикулярно границам нарастания.
При замещении в ходе диагенеза или катагенеза части кальцита доломитом формируются доломитизированные известняки.
Отложение химических карбонатных осадков интенсивно проявлялось в предшествующие древние эпохи геологической истории и происходит в меньших масштабах в современных морях и океанах, а также на континентах в условиях аридного климата, большей частью в озерах.
Хемогенным путем НСО3 образуются пелитоморфные известняки, оолитовые известняки и многочисленные карбонатные конкреции среди терригенных пород в мелководной области морей и океанов при выделении из вод избытка СО2 в атмосферу. Процесс происходит в рамках существующего в акваториях природного равновесия:
Са(НСО3)2=СаСО3+СО2+Н20.
При выделении избытка СО2 в атмосферу равновесие смещается в сторону образования нерастворимых в воде монокарбонатов (СаСО3 и др.). Причинами уменьшения содержания СО2 может быть прогревание воды, ускоряющее процесс удаления из воды избытка СО2, а также волнение воды и мельчайшие водоросли, обеспечивающие формирование и поставку затравки - центров кристаллизации СаСО3 при взмучивании ила. При этом карбонат кальция осаждается в виде мельчайших кристалликов и, возможно, в виде комков геля СаСО3. Выделение СаСО3 продолжается и в начальной стадии диагенеза в самом осадке из концентрированных растворов иловых вод.
При этом гидрохимический состав вод и термодинамические условия бассейна меняются по сезонам года. Следствием этого является периодичность выделения СаСО3 и их преобразований с формированием зональных кристаллов, концентрических полос в оолитах и т.п..
Химическому выпадению кальцита способствует жаркий засушливый климат, а также ограниченность привноса в бассейн осадконакопления терригенного материала.
Известняки обломочные формируются в результате разрушения и перемыва более древних известняков и механической обработки скелетов известковых организмов. При этом обломки пород и раковин подвергаются интенсивной механической обработке в полосе прибоя, в зоне волнений и приливно-отливных течений. Раковины измельчаются также илоедами. Таким способом формируется большая часть мелководных карбонатных осадков современных морей.
При захоронении обломков вблизи источников сноса без существенной механической обработки получаются брекчии. Известняки, возникшие в результате механической обработки раковин называются органогенно-обломочными. Выделяются также известняковые конгломераты и пески, другие виды обломочных пород.
Известняки смешанного или неясного происхождения относятся к подгруппе наиболее распространенных карбонатных пород. В таких породах можно обнаружить участки с органогенной структурой.
Доломитовые породы.
Доломитом называют породу, состоящую на 95% и больше из минерала доломита. Обычно такого рода породы содержат примеси кальцита, пирита, халцедона, кварца и органического вещества. В некоторых доломитах встречаются вкрапленники ангидрита и гипса. В зернистых и микрозернистых доломитах под микроскопом наблюдается значительное количество правильных ромбоэдрических кристаллов. Происхождение доломитов, в отличие от известняков, в основном химическое. В современную эпоху они образуются редко на береговых отмелях некоторых тропических морей (Красного моря, побережья Австралии, а также в осадках оз. Балхаш в Казахстане). Мощные толщи доломитов геологического прошлого образовывались вероятно путем непосредственного химического выпадения из морской воды и в озерных бассейнах в условиях аридного климата.
Значительная часть доломитов образовалась в период диагенеза при воздействии морских и иловых вод на известковые и известково-доломитовые осадки.
По макроскопическому облику доломиты напоминают известняки и ориентировочно отличаются от них по описанной выше реакции с 5%-ной соляной кислотой.При определении карбонатности пород, либо при изучении диагностируемых карбонатных минералов проводят их опробование 5-процентной соляной кислотой. При этом кальцит с шипением растворяется в холодной кислоте в куске, доломит растворяется в холодной кислоте только в порошке, а сидерит "шипит" в порошке, но при нагревании кислоты.
Выделяются следующие подгруппы доломитов.
Обломочные доломиты. Среди обломочных доломитов различаются, также как и среди обломочных известняков, конгломераты, брекчии, доломитовые песчаники и другие обломочные породы. Состоят они из окатанных или угловатых обломков доломита, содержат примеси терригенного материала и сцементированы доломитовым или кальцитовым цементом.
Обломочные доломиты распространены среди мощных доломитовых толщ в виде пластов, линз и явились результатом перемыва доломитовых пород в условиях пляжевого мелководья. Брекчии иногда имеют химическое происхождение, как продукты внутриформационной коры выветривания.
Доломиты с органогенной структурой иногда содержат различимые органические остатки. Последние обычно сложены пелитоморфным доломитом, а их матрикс также представлен пелитоморфным или зернистым доломитом и кальцитом. Доломиты такого типа формируются как продукты доломитизации карбонатных осадков на стадиях седиментации или в процессе диагенеза. Известны доломиты с остатками кораллов, брахиопод, мшанок, пелиципод и др. организмов.
Водорослевые доломиты состоят из крупных караваеобразных тел - биогерм, мелких округлых шарообразных тел, почти полностью сложенных водорослями синезелеными и зелеными, концентрирующими карбонат магния. Тела водорослей сложены пелитоморфным доломитом. Цемент в породах доломитовый, иногда они отличаются высокой пористостью и кавернозностью. Бывают водорослевые доломиты с разорванными или переотложенными водорослями, отличающиеся горизонтальной или горизонтально-волнистой слоистостью.
Хемогенные доломиты - это пелитоморфные или микрозернистые, подчас оолитовые породы, лишенные органических остатков, однородные по структуре и составу, иногда с примесью ангидрита и гипса. Пелитоморфные доломиты иногда содержат прослои гидрослюдистых и монмориллонитовых глин.
Оолитовые доломиты состоят из концентрических и радиально-лучистых агрегатов, сцементированных пелитоморфным и зернистым доломитом.
Сидериты рассматриваются как диагенетические образования, сформировавшиеся в условиях низкого окислительно-восстановительного потенциала и существенного количества Сорг. в осадке. Сидерит может быть рассеян в осадочной породе, образовывать в них конкреции, выполнять полости и инкрустировать органогенные известняки.
В настоящее время образование сидерита связано с континентальными условиями. В пресных водоемах гумидной зоны сидерит является основным минералом, цементирующим обломочные породы и дающим конкреции. В более ранние эпохи он накапливался и в прибрежно-морских условиях, образуя оолитовые гидрогетит-шамозит-сидеритовые руды. Обилием сидеритовых и сидеритсодержащих конкреций характеризуются позднепалеозойские угленосные формации.
Карбонатные породы смешанного состава - доломитовые известняки (5-50% доломита), известковые доломиты (50-95% доломита), анкеритизированные известняки (от нескольких до 30-50%) анкерита образуются путем доломитизации и анкеритизации известкового ила, реже известняков. Иногда породы такого типа возникают вследствие раздоломичивания доломитов при процессах выветривания. Макроскопически переходные породы трудно отличить от доломитов и известняков. Для этого необходим комплекс дополнительных исследований.
Углистые известняки - обычно черного цвета, содержат до 50% углистого материала и обычно встречаются в разрезах совместно с угольными пластами.
Мергели - карбонатно-глинистые породы, тонкозернистые мягкие, реже камневидные и твердые белого, желтовато-серого и зеленовато-серого цвета. Сложены они пелитоморфным или микрозернистым кальцитом (редко доломитом) и тонким глинистым материалом. Распределение глинистой составляющей равномерное, редко она образует маломощные прослои. Глинистое вещество представлено монтмориллонитом и слюдой. Иногда мергели содержат значительную долю кремнезема (в виде опала). Нередко мергели содержат глауконит (глауконитовые мергели), цеолиты, барит, пирит. Часто в мергелях содержатся слои фораминифер , кокколитофорид и др.