litology-kl-2012

а б

Рис. 13. Грубообломочные породы [5] . Натуральная величина.

а– дресвяно-щебневая брекчия с карбонатно-глинистым цементом, Большой Кавказ;

б– конгломерат полимиктовый среднегалечный с хлорито-серицитовым цементом и

примесью алеврито-песчаного материала, Восточное Забайкалье.

ПЕСЧАНЫЕ ПОРОДЫ

В отличие от крупнообломочных пород, в строении песчаных пород принимают участие преимущественно обломки аллотигенных минералов, хотя могут встречаться и обломки микрозернистых пород (эффузивов, филлитов, микросланцев и др.). Состав обломков крайне разнообразен, что отражает различие материала, поступающего из области сноса, степень его переработки на стадиях образования, переноса осадка, а также при диагенезе и катагенезе. Как результат предельной дифференциации терригенного материала, встречаются породы, сложенные одними кварцевыми обломками. Но обычно, наряду с кварцем, в роли обломочных минералов выступают щелочные полевые шпаты, слюды, халцедон, глауконит, кислые плагиоклазы, а также гидрослюды и каолинит. Второстепенные и акцессорные минералы песчаных пород чаще всего представлены магнетитом, ильменитом, цирконом, рутилом, гранатом, турмалином, апатитом, эпидотом, монацитом и др. Реже встречаются пироксены, амфиболы, кианит, силлиманит, ставролит, корунд. Иногда заметную роль в песчаниках играют вторичные (постдиагенетические) минералы: регенерированные кварц, микроклин, ортоклаз, плагиоклазы, а также автоморфные кальцит, доломит, халцедон, каолинит, гидрослюды, альбит, хлориты, оксиды и сульфиды железа.

Цемент песчаников сложен обычно глинистыми минералами (каолинит, гидрослюды и др.) или кальцитом, реже доломитом, опалом, халцедоном, гипсом, ангидритом, оксидами и гидроксидами железа. Встречается также хлоритовый, фосфатный, галитовый, сидеритовый и некоторые другие виды цемента. Во многих песчаниках цемент полиминеральный: глинистокарбонатный, кремнисто-глинисто-карбонатный и т.п. Нередко в цементе можно встретить примесь органического – углистого или битуминозного вещества. Такие минералы как гидрослюды, каолинит, глауконит, пирит, мар-

31

казит могут присутствовать не только в качестве обломочных, но и входить в состав цемента, образуясь на стадии диагенеза.

Структуры песчаных пород псаммитовая, псефопсаммитовая, алевропсаммитовая. В измененных песчаниках наблюдаются мозаичные конформнорегенерационные, стилолитовые и бластопсаммитовые структуры. Структуры цементирующего материала весьма разнообразны. Наиболее распространены базальный, поровый, контактовый, пленочный и смешанный типы цемента. Кроме того, существует еще несколько типов цемента, формирующихся в постседиментационные стадии: регенерационный, коррозионный, крустификационный, пойкилитовый. Текстуры песчаников весьма разнообразны. Для них характерны различные виды слоистости, гиероглифы, следы жизнедеятельности животных и т.п.

В основу минералогической классификации песчаных пород положен состав обломочных зерен. По этому признаку выделяют мономиктовые, олигомиктовые и полимиктовые породы (рис. 14).

К мономиктовым относят широко распространенные кварцевые, а также относительно редко встречающиеся полевошпатовые пески и песчаники. Олигомиктовыми называют кварцево-полевошпатовые, полевошпатовокварцевые, а также глауконит-кварцевые, карбонат-кварцевые и другие песчаные породы. В составе мономинеральных и большинства олигомиктовых пород обычно преобладает кварц – до 80-99 %. Породы, сложенные почти нацело другими минералами встречаются значительно реже. Как примеры подобного рода пород можно назвать каменноугольные песчаники Прибалхашья, содержащие до 80-97 % полевых шпатов, песчаники из с. Глинск Львовской области, содержащие до 90 % глауконита, современные пески пустыни Уайт Сандз в штатае Нью-Мекскико США, состоящие из чистого гипса. Олигомиктовые породы содержат значительные примеси (до 20 % и более) полевых шпатов, глауконита, обломков кремнистых пород. Кварцевые песчаники обычно светлые, часто белые и редко бывают темными вследствие примеси магнетита, гематита или органического вещества.

Полимиктовые разности представлены аркозами, граувакками и породами смешанного состава (рис. 15). Их общий признак – пониженное содержание основного компонента (<80 %) или отсутствие такового, причем несколько компонентов могут присутствовать примерно в равных количествах (рис. 14). Аркозовые песчаные породы или аркозы образуются за счет продуктов разрушения гранитов, гнейсов и других близких по составу пород. Содержание кварца и полевых шпатов в аркозах более 20 %, в небольшом количестве (до 15 %) присутствуют обломки слюды, горных пород и цемент, сложенный гидрослюдой, каолинитом или карбонатами. Для аркозовых пород характерна светлая серовато-розовая или серовато-желтая окраска.

Граувакками первоначально называли песчаники, состоящие из обломков основных изверженных пород, имеющие крупный размер частиц и плохую сортировку материала. В настоящее время под граувакками понима-

32

ют песчаники, содержащие кварц и обломки различных горных пород в количестве не менее 20 % каждого компонента. В обломках часто встречаются глинистые, глинисто-кремнистые и углисто-кремнистые сланцы, андезиты, базальты и другие эффузивы. Постоянной примесью в граувакках являются

Рис. 14. Классификация песчаных и алевритовых пород (по Н. В. Логвиненко, 1967 г.).

Мономинеральные или мономиктовые: 1 – кварцевые; 2 – полевошпатовые; 3 – литоидные. Олигомиктовые: 4 – полевошпатово-кварцевые; 5 – кварцевополевошпатовые; 6 – кварцево-литоидные. Полиминеральные или полимиктовые: 7 – аркозовые; 8 – литоидные аркозы; 9 – граувакковые; 10 – породы смешанного состава – аркозо-граувакки

полевые шпаты и слюды. Обломки часто слабо сортированы и плохо окатаны. Цементом служат глина и продукты изменения аллотигенных минералов: серицит, хлорит, цеолиты и др.

Рис. 15. Полимиктовые песчаники. Зарисовки шлифов без анализатора [5].

а – песчаник аркозовый крупнозернистый со смешанным пленочно-регенерационным цементом. Кольский полуостров; б – песчаник полимиктовый разнозернистый с базальным кальцитовым цементом. Среднее Поволжье

Характерная окраска граувакковых пород – зеленовато-серая, темносерая до черной. Переходные породы между аркозами и граувакками пред-

33

ставляют собой литоидные (литические) аркозы или аркозо-граувакки –

смешанные породы, в составе которых все три компонента (обломки пород, кварц и полевой шпат) содержатся в количестве более 20 %.

Существует понятие зрелости песчаных пород, отраженной в соотношении химически устойчивого кварца и менее устойчивых полевых шпатов: при содержании полевых шпатов менее 25 % породы считаются химически зрелыми. Физическая зрелость обломочного материала выражена в степени его сортированности и окатанности. Степень структурной зрелости определяется соотношением объемов обломочной части и цемента. Породы, содержащие более 15 % цемента, считают незрелыми и называют вакками, в отличие от более "чистых" аренитов.

Химический состав обломочных пород весьма изменчив, но в ряде случаев может быть весьма информативен. Состав чистых кварцевых песков характеризуется значительным содержанием кремнезема, – до 95-99 %. В олигомиктовых полевошпатово-кварцевых породах содержание SiO2 понижается до 80 %. Наименьшее содержание кремнезема наблюдается в аркозах и граувакках (65-68 %). Граувакки содержат больше Al2O3, чем большинство других песчаников, и характеризуются преобладанием Na2O над K2O и MgO над СаО. Аркозовые песчаники имеют высокое содержание Al2O3, K2O и Na2O, обусловленное присутствием полевых шпатов. По отношению SiO2/Al2O3 (показатель зрелости Ф. Петтиджона) можно выделять группы зрелых кварцевых и незрелых полевошпатовых пород. Для разделения незрелых песчаников с низким отношением SiO2/Al2O3 используют содержания других компонентов. Например, литоидные песчаники отличаются от других незрелых разностей повышенным содержанием глинистых минералов, обогащенных алюминием и относительно обедненных щелочами. Граувакки, обогащенные обломками вулканогенных пород, несут петрохимические черты вещества океанической коры, вулканических дуг и поясов. Н.М. Страхов ввел понятие о железо-марганцево-титановом модуле, который показывает отношение двух первых элементов к третьему. Поступление титана в осадки обусловлено разрушением континентальной коры; железо и марганец могут поступать не только с речным стоком, но и в результате подводного выветривания – гальмиролиза и глубоководной гидротермальной деятельности. В океанических осадках величина модуля повышена.

АЛЕВРИТОВЫЕ ПОРОДЫ

Алевритовые породы весьма сходны с песчаными и так же широко распространены. Залегают в виде слоев и линз мощностью в первые метры, в редких случаях – десятки и сотни метров. Они представлены различными рыхлыми отложениями – алевритами (илы, лёссы) и сцементированными породами – алевролитами, сложенными на 50 % и более частицами размером

0,01-0,1 мм (рис. 16-б).

34

Рис. 16. Микрозернистые породы. Зарисовки шлифов [5]

а - глина темно-голубая гидрослюдистая пятнистая. Ленинградская область, с анализатором; б – алевролит полиминеральный слоистый с глинистым цементом. Восточная Сибирь, без анализатора.

Алевритовые породы отличаются от псаммитов более высокой долей устойчивых аллотигенных минералов – кварца, мусковита, халцедона, и пониженными содержаниями щелочных полевых шпатов, плагиоклазов и обломков пород. В них больше глинистого материала, органического вещества, акцессорных минералов, оксидов и гидроксидов железа. По минеральному составу среди алевритовых пород, как и среди песчаных, выделяют мономинеральные, олигомиктовые и полимиктовые разновидности. Вместе с тем, среди них не встречаются литоидные разности и граувакки, относительно редки аркозы. Состав и типы цемента такие же, как в песчаниках.

Алевритовые структуры делят на крупно-, средне- и мелкозернистые (табл. 5, 6). Текстуры алевритовых пород слоистые и неслоистые. Слоистость обычно тонкая, горизонтальная, реже косая, волнистая или диагональная. Мощность пакетов и слойков в алевритовых породах значительно меньше, чем в песчаных. Часто встречаются микрослоистые и ориентированные текстуры, выраженные в параллельном расположении чешуек глинистых и слюдистых минералов. Окраска пород в зависимости от состава и примесей бывает самой различной: светло-серой, черной, красной, бурой, зеленоватосерой, зеленой, иногда пестрой.

СМЕШАННЫЕ ПОРОДЫ

В природе часто встречаются смешанные породы, в которых содержание различных фракций, особенно песчаной, алевритовой и пелитовой, примерно одинаково. Такими являются отложения красноцветных, молассовых, граувакковых, флишевых и ледниковых толщ. Для переходных двухкомпонентных пород принята классификация, приведенная в таблице 7. При совместном нахождении в породе трех и более компонентов ее называют по

35

преобладающей фракции (не менее 50 %), а названия остальных компонентов используют в качестве прилагательного. Например, название «песчаник гли- нисто-алевритовый» означает, что в песчанике присутствует значительное количество глинистого и алевритового материала, причем последний преобладает. Совершенно несортированные разности смешанных пород, в которых три компонента и более содержатся примерно в равных количествах, иногда называют хлидолитом или паттумом.

В четвертичной и инженерной геологии широко применяют термины суглинок и супесь. Смешанные породы, называемые суглинками и супесями, представляют собой связные породы, благодаря сцеплению между частицами и некоторой цементации. Суглинками называют рыхлые молодые континентальные отложения, состоящие из частиц менее 0,01 мм, содержащихся примерно в количестве 30-50 %, и обломочного материала крупнее 0,01 мм, составляющего 50-70 %. Суглинки отличаются повышенной пластичностью, делающей их сходными с глинами, но содержат не более 30% глинистых минералов. К разновидностям суглинков относят тяжелые и легкие суглинки, содержащие соответственно 20-30 % и 10-20 % глины. Супеси – это молодые континентальные отложения, состоящие на 70-90 % из алеврито-песчаного материала и на 10-30 % – из пелитовых частиц размером менее 0,01 мм. Количество глинистых минералов в них снижается до 5 %, что находит отражение в низкой пластичности и повышенной пористости.

Суглинки и супеси являются полиминеральными и полидисперсными породами. Их делювиальные разности часто содержат обломки горных пород. Структуры пелоалевритовая, алевропелитовая, алевропсаммитовая, псаммоалевритовая. Текстуры слоистые и неслоистые; последние часто бывают комковатыми и пятнистыми. Иногда термины суглинок и супесь предлагают использовать и для древних сцементированных пород. Однако реализация такого предложения затруднена в связи с различием существующих

36

литологических и инженерно-геологических классификаций смешанных пород.

ВУЛКАНОГЕННО-ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ

Вулканогенно-осадочными называются породы, состоящие из продуктов вулканической деятельности и другого осадочного материала, – обломочного, хемогенного, биогенного или глинистого. Эта группа включает собственно вулканогенно-осадочные породы, состоящие более чем на 90 % из вулканического материала, переходные разности между обломочными и вулканогенными породами – туффиты, и различные туфогенные породы.

В генетическом отношении осадочные вулканогенные породы делят на пирокластические, образованные синхронно с вулканизмом, тефрогенные, состоящие из перемытого пирокластического материала (тефры), и вулканомиктовые, возникшие из продуктов разрушения вулканических построек. Однако отличить эти породы, используя признаки окатанности и слоистости, обычно очень трудно. Иногда выделяют также гиалокластические породы, состоящие в основном из осколков базальтового стекла, – продуктов растрескивания лав при подводном вулканизме. Главной особенностью этих пород является быстрое изменение стекла: окисление, гидратация, превращение в палагонит.

Структура вулканогенно-осадочных пород определяется экзогенными условиями осадкообразования, поэтому к ним применяют гранулометрическую классификацию, аналогичную классификации обломочных пород (табл. 8). Выделяют рыхлые вулканогенно-осадочные породы (вулканические пеплы, лапилли, алевритовые и песчаные туффиты и т.д.) и сцементированные – вулканические туфы и туффиты (рис. 17). Иногда выделяют туфы и туффиты с обломками пелитовой фракции: глинистый туффит, туфогенная глина, туфопелит и т.п. Но это деление, как и в случае нормально-обломочных пород, является скорее не гранулометрическим, а генетическим, так как глинистый материал имеет вторичное происхождение. Форма обломков обычно угловатая, реже каплевидная и шарообразная. Сортировка материала несовершенная или отсутствует. По типу субстрата, слагающего обломки, выделяют витрокластическую, кристаллокластическую, литокластическую, а также смешанные кристалловитрокластическую, кристаллолитовитрокластическую и другие структуры.

Состав вулканогенно-осадочных пород определяется составом расплава, типом извержения и соответствует или близок к составу тех или иных эффузивов. Существенной частью многих туфов, особенно их цемента, являются вторичные минералы: монтмориллонит, гидрослюды, хлориты, карбонаты, очень разнообразны вторичные цеолиты: филлипсит, гейландит, клиноптилолит, анальцим, ломонтит и др. Кислые породы окрашены в свет-

37

лые розовые, желтые, лиловые, зеленые тона. Туфы и туффиты андезитового и базальтового состава чаще темные, с зеленым и бурым оттенками.

Таблица 8

Классификация вулканогенно-осадочных пород

Вулканический материал встречается не только в обломочных, но и в кремнистых, карбонатных, железистых осадочных породах. Особенно широко распространены туфосилициты, – кремнистые аналоги вулканических туфов, и кремнистые туффиты; причем преобладают туфодиатомиты и туфоспонголиты.

ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ

Глинистые породы относятся к самым распространенным осадочным образованиям и составляют до 60 % всех осадочных горных пород. Они залегают в виде мощных, в несколько десятков и даже сотен метров, слоев и пачек, имеющих региональное распространение, или ограниченных по мощности прослоев, линз и плащеобразных залежей – кор выветривания. Глинистые минералы широко распространены в осадочных породах в виде цемента, налетов, примазок, стяжений и псевдоморфоз по различным минералам и органическим остаткам. Нередко встречается тонкое переслаивание глинистых пород с обломочными и карбонатными.

38

Рис. 17. Вулканические туфы. Западный Тянь-Шань.

Зарисовки шлифов без анализатора (по Е.Н. Ищенко, З.А. Бурлаченко, 1964).

а – туф дацито-андезитового состава псефопсаммитовый витролитокристаллокластический; б – туф риолита псаммоалевритовый кристалловитрокластический.

Классификация глинистых пород основана на их физико-механических свойствах, минеральном составе и генезисе. По степени уплотнения глинистые породы образуют ряд: глины – аргиллиты – глинистые сланцы. В этом ряду уменьшается пластичность пород, снижается ионнообменная способность и способность к набуханию в воде, затрудняется размокание, меняется характер излома, появляются признаки сланцеватости.

ГЛИНЫ

Глины – связные породы, держатся в куске, благодаря сцеплению между слагающими их тончайшими частицами, обладают высокой пластичностью и пористостью, достигающей 40–60 % (рис. 16-а). Они сложены тонкодисперсным (<0,01 мм) аутигенным и обломочным материалом – пелитом. Главный их компонент, – глинистые минералы, представлен в основном частицами размером менее 0,005 мм. В глинах часто присутствуют также алевритовые, в меньшей степени песчаные зерна кварца, полевых шпатов, мусковита. Суммарное количество обломочных примесей может составлять до 50 % и обычно снижается с уменьшением размера частиц. Исключением бывает кварц, количество которого и во фракциях менее 0,001 мм может быть значительным.

Главными породообразующими являются минералы групп каолинита, гидрослюд и монтмориллонита. Они определяют основные минеральные типы глин (рис. 18). Встречаются также полиминеральные глины и глины со смешанослойными слоистыми силикатами. В группу каолинита входят каолинит, диккит, накрит и галлуазит; представители группы гидрослюд – иллит и глауконит; группы монтмориллонита – монтмориллонит, бейделлит, нонтронит, волконскоит и сапонит. Важными компонентами некоторых глин явля-

39

ются также хлориты, минералы группы палыгорскита, сепиолита и пирофиллита. Детализация состава связана с определением членов изоморфных рядов, политипных модификаций, степени структурного совершенства и с расшифровкой структур смешанослойных образований.

В качестве существенной примеси в глинистых породах могут присутствовать карбонаты (кальцит, доломит, сидерит), кристаллические и аморфные оксиды и гидроксиды кремния (кварц, опал, кристобалит), каркасные силикаты (цеолиты, полевые шпаты), гипс, галоиды, оксиды и гидроксиды железа, марганца и алюминия, фосфаты, углефицированные растительные остатки, органическое вещество.

Рис. 18. Классификация глинистых пород [13]

мономинеральные: 1 – каолинитовые, 2 – гидрослюдистые, 3 – монтмориллонитовые; переходные: 4 – гидрослюдисто-каолинитовые, 5 – каолинито-гидрослюдистые, 6 – гидрослюдисто-монтмориллонитовые; полиминеральные: 7 – монтмориллонито- гидрослюдисто-каолинитовые, 8 – каолинит-гидрослюдисто-монтмориллонитовые, 9 – гидрослюдисто-каолинит-монтмориллонитовые, 10 – глины смешанного состава

Цвет глинистых пород связан с окраской породообразующих минералов и примесей. Цвет чистых пород белый иногда с желтым или светлосерым оттенком. Красный и коричневый цвета разной интенсивности и оттенков обусловлены примесью окисного железа в различной минеральной форме. Черная и серая окраски присущи породам, содержащим повышенные количества битуминозного органического вещества или тонкодисперсных сульфидов железа. Примесь хлорита и гидрослюд придает породам зеленова- то-серый цвет.

Химический состав глинистых пород определяется их минеральным типом. Главными породообразующими окислами являются SiO2 (30-70 %) , Al2O3 (20-50 %), H2O (7-20 %), а также Fe2O3, FeO, MgO, K2O и Na2O. В

переменном количестве присутствуют P2O5, SO3, CO2, Cорг, связанные с неглинистыми примесями. Колеблется соотношение адсорбированной (– 110°С) и структурной воды (+ 110°С). Благодаря своим ионообменным свой-

40