lito_kuznecov

Несмотря на столь небольшое, казалось бы, количественное значение, роль осадочных пород огромна. Они занимают почти 80 % общей площади суши (119 млн. км2 из общей площади 149 млн. км2) и примерно столько же — 76 % площади дна современного Мирового океана. Вместе с тем, несмотря на эту почти повсеместную распространенность, распределение мощностей и массы осадочных пород по площади весьма неравномерно. Максимальные мощности достигают, видимо, 20 — 25 км, а может быть и больше, в горно-складча- тых областях, некоторых краевых впадинах платформ (типа Прикаспийской) и в прогибах окраин континентов. Практически отсутствует осадочный чехол только на щитах платформ (если исключить почвенный покров, который сам по себе тоже является осадочным образованием) и на срединноокеанических хребтах. Средняя мощность стратисферы для Земли в целом определяется в 2,2 км.

Общий объем осадочной оболочки континентов составляет 765-IO6 км3, континентальных окраин — 250·IO6 км3 и океанов - 115· IO6 км3.

Среди осадочных пород наиболее распространены в стратисфере Земли (без учета эффузивов) глинистые породы — 51,12 %; далее следуют обломочные породы (реально — песчаники, так как другие типы обломочных пород — конгломераты и т.д. — встречаются в глобальном масштабе весьма ограничено) — 25,0 %. Примерно таково же количество карбонатных пород — 20,4 %. На кремнистые породы приходится 2,3 %, на гипсы, ангидриты, соли — 1,2 % общего объема осадочных отложений. Поскольку в стратисфере имеются и вулканогенные образования и их количество оценивается в 12,7 % от общего объема данной оболочки, то с учетом этого доля чисто осадочных пород несколько ниже и для указанных выше пород равна соответственно 44,6, 21,8, 17,8, 2,0 и 1,1 %. Количественное значение других осадочных образований — фосфоритов, аллитов, лимонитов и т.д. — ничтожно, хотя их важное экономическое значение несомненно и не сопоставимо с их количественным распространением.

Очень велико теоретическое, общегеологическое значение осадочных горных пород. Они обладают очень высокой информативностью, ибо в них заключены сведения о механизмах и обстановках осадкообразования и осадконакопления и в более общей форме — о палеогеографии прошлых эпох. Смена осадочных пород и их характеристик во времени, равно как и содержащихся в них остатков организмов, является основой изучения развития Земли, их исследование обу-

10

словило становление и развитие специфики геологии как науки исторической. Антологическое изучение осадочных пород лежит в основе многих геологических дисциплин. Так, в сочетании со структурной геологией литология лежит в основе геотектоники, а через учение о формациях является мощнейшим инструментом познания геологического строения и геологической истории Земли и ее отдельных регионов.

Осадочные породы имеют огромное экономическое значение. Так, в них сосредоточено практически 100 % мировых запасов горючих ископаемых (нефть, газ, уголь, горючие сланцы, торф), 100 % марганцевых, цирконо-гафниевых руд и калийных солей, 80 — 90 % железных, магниевых, титановых, кобальтовых, урановых руд и руд редкоземельных элементов, фосфоритов и серы, от 50 до 80 % медных, никелевых, оловянных, тантало-ниобиевых руд, львиная доля сырья для строительной, химической и других отраслей промышленности. В целом полезные ископаемые осадочного происхождения по своей общей стоимости составляют не менее 75 — 80 % общей стоимости всех полезных ископаемых, добываемых человечеством (Пустовалов, 1964). Примерно подобный порядок цифр сохраняется и ныне. Нельзя не отметить и такое важнейшее осадочное образование, как почвы — продукт биосферы и абсолютно необходимый фактор существования наземной биоты, и человечества в том числе.

Таким образом, практически вся жизнедеятельность человечества, само существование цивилизации в прямом и переносном смысле слова базируется и развивается на осадочных образованиях.

Сравнение среднего химического состава осадочных пород с составом гранитогнейсовой оболочки и земной коры в целом (где наряду с осадочными и кислыми магматическими породами присутствуют и, видимо, даже преобладают основные породы) показывает, что каких-либо кардинальных различий по содержанию главных компонентов не отмечается (табл. 1.1). Это касается как набора основных элементов (или оксидов), так и их концентраций. Вместе с тем некоторые важные отличия существуют. Из них прежде всего необходимо отметить повышенное содержание в осадочном комплексе кальция (в 2,5 раза больше, чем в гранитогнейсовой оболочке), резко повышенное содержание органического углерода, углекислоты, воды, а также летучих — серы, хлора, фтора (в 5 - 10 раз).

Интересно отметить и Некоторые изменения в отношениях содержаний ряда важных компонентов. Так, в осадоч-

11

ном комплексе трехвалентное железо преобладает над двухвалентным, а в земной коре это отношение обратное. Явление это связано с общей окислительной обстановкой зоны осадконакопления. Аналогичным образом соотношение натрия и калия меняется в осадочных породах в сторону последнего. Возможно, это обусловлено вхождением калия в состав глинистых пород — самых распространенных пород в стратисфере.

Различия же в минеральном составе магматических и осадочных пород неизмеримо более существенны, если не сказать кардинальны (табл. 1.2). Можно наметить три группы минералов: 1) встречающиеся как в магматических, так и в осадочных породах; 2) встречающиеся практически только в магматических породах; 3) встречающиеся практически только в осадочных породах. Среди первых это лишь салические минералы — кварц и полевые шпаты; при этом соотношения их в генетически разных породах существенно различны — в осадочных породах примерно вдвое увеличивается содержа-

13

шпатов, причем практически исчезают средние и основные плагиоклазы и относительно возрастает роль калиевых полевых шпатов. В осадочных породах практически отсутствуют фемические минералы (оливин, пироксены, амфиболы, биотит, магнетит), являющиеся породообразующими в средних и основных магматических породах (вторая группа минералов). Основу же осадочных пород составляют новообразованные, характерные именно для них минералы — глинистые (каолинит, гидрослюды, монтмориллонит и др.), карбонаты кальция и магния, в меньшей степени сульфаты, галогениды (галоиды), лимонит, опал (третья группа).

Принципиальное различие между относительно близким химическим и резко различным минеральным составом магматических и осадочных пород видно на диаграмме А.Н. Заварицкого (рис. 1.1). В вершинах треугольника он скомпоновал оксиды, обладающие, по его мнению, разной геохимической подвижностью. Оказалось, что в этих координатах магматические породы при всем их разнообразии занимают

CaO, Na2O, K2O

руды

Рис. 1.1. Треугольная диаграмма химического состава магматических и осадочных пород (по А.Н. Заварицкому, 1932).

Заштриховано поле составов изверженных пород

14

лишь незначительную часть треугольной диаграммы. Осадочные же породы распространены по всему полю этой диаграммы, и лишь глинистые породы и граувакки соответствуют по своему химизму магматическим. Принципиально важно, что среди осадочных пород есть весьма «чистые» линии, т.е. мономинеральные породы, состоящие практически из одного минерала — кварцевые песчаники, трепела и опоки, известняки, доломиты, гипсы, соли и т.д. В этом проявляется открытое позднее, чем была составлена эта диаграмма, явление осадочной дифференциации вещества — глобально развитое и составляющее, по-видимому, один из характернейших и важнейших результатов осадочного процесса.

1.2. ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ И ИХ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ

Осадочная горная порода, равно как и любая другая порода, представляет собой особый уровень организации вещества, более высокий, чем минеральный уровень. Каждый минерал обладает по крайней мере двумя необходимыми, внутренне ему одному присущими свойствами — химическим составом и внутренней структурой: аморфной или упорядоченной — кристаллической; в последнем случае определяющим является строение, структура пространственной кристаллической решетки. Именно эти два показателя обусловливают основные внешние черты минерала — симметрию и облик кристаллов, а также его свойства — цвет, твердость, спайность и т.п. Горная же порода является закономерной ассоциацией минералов, поэтому она характеризуется, в основном, не химическим, а минеральным составом, и наличие мономинеральных пород (кварцевых песчаников, опок, ангидритов и т.д.) ни в коей мере не опровергает этого положения. Более того, именно на их примере наглядно виден абсолютный примат минерального состава над химическим. Например, при общем химическом составе SiO2 это может быть либо минерал кварц, и тогда состоящая из него порода будет кварцевым песчаником, либо халцедон, из которого состоят кремни, фтаниты и другие подобные породы.

Но сам по себе набор минералов еще не определяет принадлежности к той или иной конкретной породе. Это положение легко проиллюстрировать несложным примером. Зада-

15

димся простым на первый взгляд вопросом: можно ли, а если можно, то как назвать породу, состоящую из кварца, калиевых полевых шпатов, кислых плагиоклазов и небольшого количества слюд? Как правило, первый и поспешный ответ на этот вопрос достаточно типичен — гранит. Но ведь такой же состав имеют и многие песчаники. Следовательно, для того чтобы различить эти породы, необходимо использовать еще один показатель — структуру, т.е. характер слагающих породу фрагментов: кристаллов в первом случае и обломочных зерен во втором. Однако и введение этого показателя не всегда решает проблему. В рассматриваемом примере кристаллическую (точнее, кристалломорфную) структуру имеют как граниты, так и, при том же минеральном составе, — гнейсы. Для разделения этих пород необходим еще один показатель — характер взаимного расположения слагающих породу минералов, ее текстура. В гранитах она массивная, в гнейсах — полосчатая, гнейсовидная, связанная с ориентированным расположением кристаллов. Еще один пример из чисто осадочных горных пород. При одном и том же опаловом минеральном составе порода может быть опокой (с аморфной структурой), а может быть диатомитом (с органогенной структурой).

Таким образом, для определения и описания горной породы требуется охарактеризовать три необходимых и достаточных свойства или признака — ее минеральный состав, структуру и текстуру. Последние два понятия — структура и текстура — в отечественной научной литературе нередко объединяется единым термином — строение породы. Аналогичные понятия имеются и в зарубежной литературе. В английском языке это fabric, в немецком das Gefiige.

Характер осадочной горной породы, ее состав, во многом структура и текстура определяются соотношением основных составных частей, или, точнее, генетических составных частей породы. Они подразделяются на две большие группы (табл. 1.3). Первая — аллотигенные (аллохтонные) компоненты. Это фрагменты, принесенные в данную породу извне, уже сформировавшиеся где-то в других местах и часто в результате иных, неосадочных процессов. Вторая группа — это аутигенные (автохтонные) компоненты, которые образуются на месте своего нахождения — in situ. При этом время образования последних не лимитируется. Другими словами, это могут быть компоненты, отложенные на стадии седиментогенеза, но они могут образоваться и в результате постседи-

16

Т а б л и ц а 1.3

Основные составные части (компоненты) осадочных горных пород

из кристаллов-вкрапленников вместе со стеклом - вулканокласты. Обособление вулканогенного материала от обломочного, кластического обусловлено его специфическим происхождением за счет вулканических извержений, а не путем разрушения более древних, в том числе уже застывших вулканических пород.

Автохтонные (аутигенные) компоненты также подразделяются на два типа. Полностью аутогенными являются химически осажденные (хемогенные) образования, причем, как указывалось выше, не важно, образовались они в процессе седиментации, при диаили катагенезе. Практически автохтонными являются и органические образования в виде остатков скелетов организмов: как одиночных, так и колониальных, как внутренних (кости), так и внешних (раковины). По сути дела мы имеем здесь дело с биокостным веществом, т.е. минеральными соединениями разного состава, образовавшимися в результате жизнедеятельности организмов. Лишь незначительная часть органогенных компонентов имеет аллохтонный характер — углистые включения, принесенные с суши в морские отложения, остатки активно плавающего нектона и некоторые другие. Однако это все-таки исключения, и их количественная роль весьма незначительна. В абсолютном большинстве случаев даже перенос органических остатков после отмирания организмов не только осуществляется в пределах того же бассейна седиментации, но и происходит на очень небольшие расстояния, т.е. практически они; захороняются там же, где и образуются.

Таким образом, основную породообразующую роль играют четыре генетически различные составные части — вулканогенная, обломочная, органогенная и хемогенная. Совершенно ясно, что наличие всех составных частей в одной породе не только не обязательно, но и весьма редко. Встречаются породы, образованные одной из этих частей (например, гипс или ангидрит), однако наиболее обычны породы, где присутствуют две-три составные части (например, песчаник с карбонатным цементом или такой же песчаник с остатками раковин).

Само же наличие тех или иных составных частей, их набор и количественные соотношения обусловлены составом участвующих в образовании осадочных пород веществ, условиями и механизмами их образования и преобразования.

Важно отметить, что это именно ведущие, породообразующие компоненты, так как роль других (чаще всего указывается на космический материал) ничтожна.

18

1.3. ОБЩИЕ ЧЕРТЫ СТРОЕНИЯ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Строение осадочной горной породы, как указывалось выше, характеризуется двумя показателями — их структурой и текстурой. Под структурой породы понимается совокупность признаков, определяемых морфологическими характеристиками отдельных составных частей породы, т.е. слагающих ее фрагментов — их типом, формой, размером, однородностью или неоднородностью этих размеров и т.д. Эти показатели частично определяются при визуальном изучении образцов, штуфов, а иногда и естественных обнажений и горных выработок. Так, лишь в обнажении можно определить структуру крупногалечных конгломератов; структура гравелитов, дресвитов, некоторых органогенных известняков может быть установлена в образцах (для этих целей иногда очень хороши пришлифовки). Многие же структуры, если не большинство их, более надежно устанавливаются и подробнее описываются в шлифах под микроскопом. В зависимости от размерности фрагментов, т.е. возможности изучать структуру невооруженным глазом или под микроскопом, различают макроструктуру и микроструктуру.

Под текстурой понимается характер взаимного расположения, пространственного взаимоотношения фрагментов породы. Другими словами, это сложение породы, обусловленное ориентировкой составных частей породы, типом их взаимного расположения, способом выполнения пространства. Текстуры, как правило, более «крупноразмерны», выделяются и описываются в поле и крупных штуфах. К текстурам относится большинство видов слоистости (типичная текстура именно осадочных пород), знаки ряби и т.д. Ряд текстур неплохо виден и в отдельных образцах, но чаще всего текстура породы в образце, а тем более в керне из-за их относительно небольших размеров определяется как массивная, что отнюдь не отражает истинной текстуры породы (см. далее — раздел 1.3.1). Вместе с тем некоторые виды текстур удается наблюдать и в шлифах. К ним относится микрослоистость, в том числе градационная, микростилолиты и т.д.

Достаточно сложными могут быть соотношения структур и текстур для породы в целом и отдельных слагающих ее элементов. Наглядным примером этого является, в частности, оолитовый известняк. Поскольку основной породообразующий компонент породы — оолиты — имеют свои размеры,

19