lito_kuznecov
.pdf1974)
растал объем чисто биогенного выделения карбонатов кальция в скелетах организмов и его накопление в виде карбонатных осадков.
С середины палеозоя этот способ стал абсолютно преобладающим. Вместе с тем и сам характер биогенного кабонатонакопления не оставался постоянным. В палеозое, видимо, абсолютно преобладало формирование известняков за счет жизнедеятельности бентосных организмов, среди которых важное породообразующее значение имели строматопороидеи, табуляты, ругозы, брахиоподы, фораминиферы, криноидеи, мшанки, водоросли, преимущественно зеленые. В мезозое бентоногенное накопление известняков сохранилось, хотя масштабы его сократились. В определенной мере сменился и состав известьвыделяющих организмов. Так, сократилось значение бентосных фораминифер, криноидей, среди кишечнополостных ведущими стали шестилучевые кораллы, среди водорослей — багряные, место брахиопод в значительной степени заняли моллюски и т.д.
Принципиально важным стало изменение роли нектонных и особенно планктонных организмов и соответственно резкое возрастание значения нектоно- и планктоногенных формаций. Подобный способ осаждения впервые появился в позднем силуре в виде ортоцеровых известняков Карнийских Альп, более широко развит в девоне — начале карбона, когда формировались цефалоподовые, стилиолиновые и тентакули- товые известняки. В триасе —юре известны аммонитовые известняки (верхний триас восточного Тетиса, юрская формация Аммонитико россо альпийской зоны и др.). Уже в этих известняках важна доля планктонных организмов, а с поздне- го мела планктоногенный способ стал ведущим, когда основ- ное количество карбоната кальция усваивалось и осаждалось кокколитофоридами, а затем в кайнозое и птероподами и особенно планктонными фораминиферами.
Несколько иная картина наблюдается для доломитов. В позднем докембрии, кембрии и частично ордовике—силур6 главным механизмом осаждения доломитов был, видимо, биохемогенный и псевдобиогенный. Это привело к формиро- ванию мощных толщ строматолитовых доломитов и даже «первичных» доломитовых археоциатово-цианобактериаль- ных рифов. Со второй половины палеозоя п с е в д о б и о г е н н о е доломитообразование резко сокращается и отчетливо превалирует биохемогенное осаждение известково-магнезиальнЫ* соединений с последующим диагенетическим преобразован**' ем их в доломит.
7.7. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ И ОПИСАНИЯ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД
При исследовании карбонатных пород использу- ется достаточно широкий набор методов. Так, для точного установления минерального состава эффективными являются термический и рентгеноструктурный анализы. Достаточно распространенным, хотя и косвенным, методом определения минерального состава является химический анализ. В процессе массового, так называемого шестикомпонентного анализа определяется содержание нерастворимого в соляной кислоте остатка, полуторных оксидов ( R2O3), CaO1 MgO, CO2, SO3, а затем по этим данным рассчитывается содержание кальцита, доломита, гипса (если присутствует SO3). Для обычных из- вестково-доломитовых пород метод дает вполне удовлетворительные результаты.
Для очень тонкозернистых пород относительно универсальным методом является сканирующая (или растровая) электронная микроскопия. Она позволяет в сколах определить размер и морфологию карбонатных минералов, т.е. структуру породы, а по морфологии кристаллов — их минералогию.
Как и для всех других пород, наиболее массовыми универсальными методами, хотя и не всегда достаточными, являются макроскопическое изучение пород в образцах и в шлифах под микроскопом.
Эти исследования позволяют установить состав породы, ее структуру и часто текстуру, т.е. дать наиболее полную характеристику породы. Отмеченные выше методы изучения состава пород позволяют уточнить и в каких-то частях детализировать характеристику, получаемую при изучении шлифов.
При изучении и описании пород в образцах прежде всего устанавливается минеральный состав и соответственно название породы. Напомним, что известняки активно реагируют с соляной кислотой, доломиты реагируют только в порошке, на мергелях остается глинистый нерастворимый остаток. При наличии железистых карбонатов после реакции (затрудненной) появляется зеленоватое или желтоватое пятно.
Далее фиксируются цвет и оттенки цвета породы, плотность и крепость, излом, структура и, если позволяет размер образца, текстура, включения и вторичные изменения, наличие видимых невооруженным взглядом пустот, трещин и т.д. Особое внимание уделяется органическим остаткам; при их
1974)
наличии отмечается размер, степень сохранности, по возможности групповой состав (фораминиферы, кораллы, брахиоподы и т.д.).
При изучении породы в шлифах необходимо прежде всего установить ее состав, т.е. является данная порода известняком или доломитом, отметить и описать основные структурные компоненты породы — форменные элементы и кристаллическую массу, по возможности микротекстуру, вторичные изменения и характер пустотного пространства. Примерная типовая схема описания может выглядеть следующим образом.
1.Общее название породы.
2.Описание органических остатков.
2.1.Наличие или отсутствие остатков организмов.
2.2.Количество их в процентах от площади шлифа.
2.3.Характер распределения в породе.
2.4.Групповой состав организмов.
2.5.Степень сохранности органических остатков в целом и отдельных групп организмов в частности.
3.Описание нескелетных форменных элементов.
3.1.Наличие или отсутствие таких форменных элемен-
тов.
3.2.Количество их в процентах.
3.3.Характер распределения в породе.
3.4.Тип форменных элементов (оолиты, сгустки т.д.), их размеры, форма и внутренняя структура, относительное количество каждого из них.
4.Описание кристаллической части породы.
4.1.Наличие или отсутствие кристаллической части.
4.2.Количество в процентах от площади шлифа.
4.3.Характер распределения в породе.
4.4.Минеральный состав кристаллической части.
4.5.Структура; при полиминеральном составе — структура каждой минеральной составляющей и их соотношения.
4.6.Если кристаллическая часть служит цементом — описание типа цементации.
5.Описание некарбонатных примесей.
5.1.Наличие или отсутствие примесей некарбонатного состава (обычно обломочных кварцевых и силикатных)·
атакже сульфатных, опаловых и др.
5.2.Количество их в процентах.
5.3.Характер распределения в породах.
5.4.Минеральный состав.
1974)
5.5. Структурная характеристика - размер, форма
ит.д.
6.Описание микротекстур, если таковые наблюдаются.
7.Описание вторичных изменений.
7.1.Наличие и тип вторичных изменений.
7.2.Масштабы и степень вторичных изменений.
8.Описание пустотного пространства.
8.1.Наличие или отсутствие пустотного пространства.
8.2.Типы пустот (поры — межформенные, внутриформенные и т.д., каверны, трещины).
8.3.Количество пустот в процентах от площади шлифа
вцелом и их разных типов.
8.4.Размер, форма, сообщаемость пустот.
8.5.Наличие и степень вторичного заполнения пустот и состав заполняющих минералов.
9.Развернутое название породы с указанием структуры и выводы об условиях ее образования.
Учитывая, что это лишь общая схема, а породы очень разнообразны, к этой схеме необходимо сделать ряд примечаний
идополнений.
Как и любая, данная схема лишь намечает основные пункты, которые должны быть отражены в описании. В каждом конкретном случае меняется порядок описания и степень подробности характеристики тех или иных структурных элементов.
Так, если в породе преобладают оолиты, следует назвать породу известняком оолитовым, описать оолиты, затем другие скелетные и нескелетные элементы, некарбонатные примеси и лишь затем характер цементации этих форменных элементов. Аналогично, если в породе преобладает кристаллическая масса, то сразу же надо отметить породу как известняк (доломит) кристаллической структуры и дать полное описание кристаллической массы, а затем описать те скелетные и нескелетные форменные элементы и силикокластику, если они присутствуют в породе.
Структуры кристаллических разностей карбонатных пород, равно как и цементов зернистых разностей, характеризуются теми же показателями, что и структуры любых кристаллических пород — размером и формой кристаллов, их взаимным расположением, однородностью размеров и т.д. Аналогично описываются и типы цементации. Надо отметить, что кроме обычных карбонатных минералов — кальцита и доломита — в кристаллических доломитах и в цементе других карбонатных пород нередко присутствуют сульфаты — ан-
1974)
гидрит, реже гипс, которые необходимо отметить и описать отдельно.
Как уже отмечалось, в карбонатных породах существуют и специфические цементы типа микросталактитовых, менисковых и др.
Некоторые вторичные процессы означены выше в разделе 7.5. При изучении шлифов их необходимо зафиксировать. Так, при описании перекристаллизации отмечается форма и размер перекристаллизованных участков (неправильные гнезда, прослойки и т.п.), размер и форма в этих участков и т.п. Перекристаллизация может затрагивать и форменные элементы, например, оолиты, сгустки и т.д. При наличии стилолитов необходимо отметить их амплитуду, по степени срезания форменных элементов попытаться установить величину усадки и т.п. В случае постседиментационной доломитизации устанавливается характер замещения форменных элементов, наличие «теней», «фантомов» первичных структур, особенно следов органических остатков. К вторичным образованиям относятся трещины; отмечается их густота, толщина, открытость или заполнение минеральным веществом; в последнем случае описывается минералогия заполнения.
Для геологов-нефтяников важное значение имеет выделение и описание пустотного пространства карбонатных пород. Среди первичных пустот можно отметить внутриформенные, межформенные, среди вторичных — каверны выщелачивания, трещины. Надо, однако, отметить, что далеко не всегда удается выделить и описать пустотное пространство в обычных пертрографических шлифах. Для лучшего изучения κολлекторских свойств обычно породу перед изготовлением шлифа насыщают окрашенными смолами.
1974)
7.8. НАУЧНОЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД
Сама значительная распространенность карбонатных пород определяет важную роль их в строении стратисферы. Карбонаты слагают ряд весьма важных и специфических толщ осадочной оболочки Земли.
Карбонатные породы обладают большой геологической информативностью и позволяют восстановить условия и обстановки осадконакопления с полнотой, детальностью и достоверностью, которые часто недостижимы при изучении дру-
гих типов осадочных пород. Поскольку осаждение тех или иных породообразующих карбонатных минералов происхо-
дит в определенных геохимических обстановках, то их состав
позволяет восстанавливать геохимические среды осадконако-
пления, а изменения вещественного состава карбонатных пород — и эволюцию этих обстановок в геологической истории Земли. Неоценимую информативную роль играют частые в карбонатных отложениях остатки организмов и следов их жизнедеятельности.
Карбонатные породы относительно легко и, главное, значительно преобразуются и видоизменяются на стадии катагенеза. Это, с одной стороны, затушевывает их первичные седиментационные черты, что затрудняет восстановление обстановок седиментации, но, с другой — позволяет реконструировать вторичные процессы.
Велико и прикладное значение карбонатных пород. По разным оценкам в карбонатных отложениях сосредоточено от 35 до 48 % мировых запасов нефти и порядка 23 — 28 % газа. При этом средняя величина запасов нефти в них примерно в 1,3—1,4 раза больше, чем в месторождениях, приуроченных к терригенным коллекторам (Кузнецов, 1992). С карбонатными отложениями связаны крупные стратиформные полиметаллические месторождения, богатые месторождения бокситов, горнохимического сырья (фосфоритов, серы). Карбонатные породы имеют важное значение как сырье для производства строительных материалов, в химической, металлургической, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и многих других отраслях народного хозяйства.
Глава
ОСОЛЯНЫЕ ПОРОДЫ
Соляные породы, несмотря на относительно небольшое содержание в стратисфере, имеют важное экономическое и теоретическое значение, в том числе в геологии нефти и газа. Их своеобразие обусловило даже некоторое «организационное» обособление в виде специального науч- но-исследовательского института — ВНИИ Галургии, разработку особых физико-химических методов изучения солевых систем, а также обилие специальной литературы.
Важные сведения по соляным породам, их составу, строению, механизмам и обстановкам образования, закономерностям распространения, полезным ископаемым изложены в справочных изданиях и специальных сборниках и монографиях («Атлас структур...», 1974; Валяшко, 1962; Жарков, 1974, 1978; Иванов, Воронова, 1972; Кореневский, 1973; «Методы изучения...», 1957; «Осадочные породы...», 1987; «Проблемы соленакопления...», 1977; «Систематика и классификация...», 1998; Сонненфельд, 1988; «Справочник по литологии...», 1983; «Справочное руководство...», 1958; Страхов, 1962; Шрейбер, 1990; Яржемский, 1966; Kendall, Harwood, 1996 и др.).
8.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОЛЯНЫХ ПОРОДАХ
ИИХ НОМЕНКЛАТУРЕ
Термином «соляные породы», или «соли», объединяются весьма разнообразные породы — преимущественно сульфаты и хлориды, реже нитраты (природные селитры), бораты, карбонаты некоторых щелочных металлов (природная сода — трона).
Часто используется термин «галогенные породы», что менее удачно, так как это сочетание ассоциируется с дами — соединениями с хлором и другими
1974)
галогенами. Нередко эта группа пород выделяется под назва- нием эвапориты (от лат. evaporatio — испарение). Этот тер- мин, по сути дела, генетический, так как фиксирует общность происхождения абсолютного большинства соляных пород за счет химического выпадения вещества из растворов повышенной концентрации, причем последняя возникает при испарении воды.
По подсчетам А.Б. Ронова (1993) соляные породы составляют 1,2 % общего объема осадочных пород или 1,1 % объема осадочной оболочки с учетом наличия эффузивов. Представители этой группы достаточно многочисленны, но наиболее распространены лишь три, максимум четыре типа пород — гипсы, ангидриты, каменная соль и в значительно меньшей степени — сильвинит. Уже из этого списка видно, что наиболее распространенными являются породы мономинеральные и название породы и породообразующего минерала часто совпадает (гипсы и ангидриты как минералы и как породы).
Рис. 8.1. Ангидрито-доломит. Стяжения и кристаллы ангидрита (светлое) прорастают основную доломитовую массу сгустковой структуры. Без анализатора. Восточная Сибирь. Нижний кембрий
1974)
При описании из контекста обычно понятно — о минералах или породах идет речь. Так, «тонкослоистые и нодулярные ангидриты» — это породы, так как указывается породный признак — текстура, а если описываются призматические кристаллы ромбической сингонии ангидрита, то это минерал. Для более точного и однозначного употребления нередко используется само слово «порода»: гипсовая порода, галитовая порода (как синоним каменной соли — породы, состоящей из одного минерала — галита). Это же слово — порода — обычно используется в названиях более редких образований, например, полигалитовая порода, состоящая из минерала полигалита (K2S04MgS04-2CaS04-2H20), лангбейнитовая порода, состоящая из минерала лангбейнита (K2S04-2MgS04), а также полиминеральных и смешанных образований, например, галит-полигалитовая порода, ангидрит-галитовая порода (или, как вариант, — ангидритсодержащая каменная соль).
В природе существуют также породы, сложенные в сопоставимых количествах более распространенными минералами, например, доломитом и ангидритом, и такие породы называют либо ангидрито-доломитом, если доломита больше, либо доломито-ангидритом, если соотношения обратные, либо, реже, ангидрит-доломитовой (доломит-ангидритовой) породой (рис. 8.1).
8.2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СОЛЯНЫХ ПОРОД
8.2.1. СУЛЬФАТНЫЕ ПОРОДЫ
К сульфатным породам относятся гипсы и ангидриты, состоящие из соответствующих минералов, содержание которых может достигать 90—98 %, однако, как прави- ло, в тех или иных, иногда значительных, количествах присутствуют и различные примеси. Обычными компонентами сульфатных пород являются доломит, магнезит, галит, целе- стин, пирит, (марказит), опал, халцедон, кварц (как обломоч- ный, так и аутигенный), флюорит, барит, гидроксиды железа, глинистый, иногда битуминозный материал, э п и г е н е т и ч е с к и е выделения самородной серы — как результат м и к р о б и а л ь н о й сульфатредукции. Существуют и смешанные сульфатные породы — гипсовые ангидриты и ангидритовые гипсы ангидриты и ангидрито-гипсы).
1974)
Гипсы обычно светлые породы — белые, светло-серые, годубоватые, розовые, красные — массивной и слоистой текстуры. Породы мягкие, чертятся ногтем (твердость минерала по шкале Mooca 2,0) и относительно легкие (плотность минерала гипса 2,3 г/см3). Своеобразной разновидностью этой породы является селенит — волокнистый или игольчатый гипс с шелковистым блеском, образующий жилы и прослои в толще гипсов, причем кристаллы ориентированы перпендикулярно слоистости или стенкам трещин. Селенит имеет вторичное происхождение и образуется при перекристаллизации гипса.
Ангидриты — светлые голубовато-серые, серые, иногда красно-бурые и черные прочные породы массивной, слоистой, в том числе тонкослоистой или нодулярной (желваковидной) текстуры. Поскольку минералогическая плотность ангидрита достаточно велика (2,9 — 3,0 г/см3), то и породы по сравнению с другими осадочными породами относительно тяжелее.
Структуры гипсов и ангидритов кристаллические; их дальнейшее подразделение производится по размерам и форме кристаллов.
Первичные структуры обычно микро- и тонкозернистые, однако сохраняются они относительно редко. Вторичные структуры связаны прежде всего с перекристаллизацией, которая ведет к укрупнению размеров кристаллов и образованию кристаллобластовых равномерно-зернистых (гомеобластовых) и неравномерно-зернистых (гетеробластовых) структур.
Форма кристаллов гипса обычно ксеноморфная (ангедральная), лапчатая, контакты зерен неправильные, они как бы прорастают друг друга. Поскольку каждый кристалл имеет свою оптическую ориентировку, при вращении столика микроскопа при введенном анализаторе они угасают разновременно и образуется характерная мозаичная структура. В случае очень крупных кристаллов, крупнее площади шлифа или по крайней мере сопоставимых с ней, что весьма характерно для гипсов, внутри этих крупных кристаллов нередки выделения более мелких кристаллов, что ведет к появлению порфировидных структур. Своеобразна вторичная структура селенита — волокнистая (нематоморфная) и чешуйчатая (лепидоморфная).
Форма кристаллов ангидрита — удлиненная, часто идиоморфная (эвгедральная), поэтому при малых размерах (с поперечником 0,01—0,02 мм) образуются волокнистые — па- раллельно-волокнистые или спутанно-волокнистые (войлочные) структуры (рис. 8.2). При вторичной перекристаллиза-
1974)