01

ВСТУП

•Рушійні сили осадового процесу. Співвідношення роботи сонячної енергії та внутрішньої енергії Землі. Діяльність організмів та роль продуктів життєдіяльності. Кліматичний та тектонічний контроль осадового процесу.

•Сучасний стан літології, її складові та її місце у колі геологічних наук, зв"язок з іншими природничо-історичними та фізико-хімічними науками. Короткі відомості про історію літології. Роль вітчизняних та іноземних вчених у розвитку літології. Задачі науки про осадові породи, особливо в питанні розширення мінерально-сировинної бази України.

Літологія – це наука про осадки та осадові породи. Вона вивчає склад, будову, походження та номенклатуру осадків та осадових порід, розуміючи під осадком природне скупчення мінеральної або органічної речовини, яке сформувалося в умовах земної поверхні (на дні водойм або на поверхні суші), як результат дії екзогенних процесів, а під осадовою породою - осадок, який в умовах верхньої частини земної кори пройшов стадію діагенезу і утворив геологічне тіло.

Типовими представниками осадових порід в першу чергу є пісковики, глини, вапняки, кам'яне вугілля, тощо. Більша їх частина утворюється за рахунок осадження мінеральної речовини, що мігрує по поверхні Землі і являє собою, головним чином, продукти руйнації більш древніх гірських порід. Ті скупчення, що утворюються на наших очах, називаються осадками. В тому ж випадку, коли осадки занурюються в глиб земної кори і піддаються наступним геологічним процесам, змінюючи первинний вигляд, вони перетворюються в осадові породи. Наприклад, напіврідкий глинистий мул перетворюється на глину, пухкий пісок - у твердий пісковик, скупчення рослинних залишків - у кам’яне вугілля тощо. У деяких випадках осадова порода може зберігати характерні для осадку властивості - пісок, як осадок і як осадова порода, глина, як осадок та осадова порода.

Але не в усіх осадках та осадових породах мінеральні складові обов’язково проходять стадію міграції та осадження. Наприклад, елювій чи кори вивітрювання, які є продуктами екзогенної діяльності і не перетерпіли процесу переносу, а залишилися на місці вивітрювання, також є осадовими породами. Ці утворення іноді називають залишковими, або елювіальними осадовими породами.

До перехідних між осадовими і магматичними породами можуть бути віднесені скупчення продуктів вулканізму: вулканічного попелу, туфів, туфітів тощо, - які складають групу так званих пірокластичних або вулканогенно-осадових порід. Викинуті в повітря вулканом тверді уламкові частки чи краплі розплаву, що застигають (попіл, лапілі, бомби), падають на земну поверхню, утворюючи прошарки порід магматичних за складом, але з характерними для осадових порід особливостями, набутими в стадію міграції в екзогенних умовах.

Загалом осадові породи покривають приблизно 75% поверхні континентів - магматичними або глибоко метаморфізованими породами складено лише чверть поверхні суші. А якщо врахувати, що осадові утворення покривають також дно всіх морів і океанів, то можна говорити що земна куля покрита плащем осадків і осадових порід. Потужність цього покрову є дуже мінливою - вона досягає 20000…30000 м в областях складчастих споруд, де осадові породи зім'яті в складні системи складок, і не перевищує перших метрів чи десятків метрів (дуже рідко - 200…300 м) в межах кристалічних щитів (інколи осадові породи можуть бути відсутніми взагалі). На платформах плащоподібний осадовий чохол має потужність 2000…3000 м, у западинах вона збільшується до 5000-7000 м, або й до 10000…12000 м).

Вивчаючи світ осадових порід, літологія вирішує широкий комплекс теоретичних і практичних питань, основною метою яких є розробка теоретичних основ пошуків і розвідки родовищ осадових корисних копалин, тобто корисних копалин, які пов’язані з осадовими породами або самі є такими.

2

Необхідні передумови розвитку літології як науки почали закладатися ще в XYIII сторіччі. Зокрема, в Російській імперії всі основоположні принципи осадконакопичення були започатковані ще М.В. Ломоносовим (1711-1765), який у своїх філософських трактатах відзначив роль коливальних рухів земної кори та їх вплив на створення осадових порід. Природно, що в цих висновках був використаний актуалістичний метод. Крім цього, Ломоносовим була висунута гіпотеза органічного походження нафти. І тільки через десятки років в Англії Чарльз Лайєль (1797-1875) створює свою невмирущу наукову працю "Основи геології" (опублікована в 18301833 рр.), у якій формулює головні принципи актуалістичного методу в геології. Джеймс Хаттон Геттон (1726-1797) вивчає циклічність у розвитку 3емлі і фактично започатковує фаціальний аналіз. Прихильник нептуністичного напрямку німецький геолог Абраам Готліб Вернер (17501817), встановлює різновіковість осадових товщ і приступає до створення першої стратиграфічної шкали. Початковий період вивчення осадових порід в Європі характеризувався дослідженням, головним чином, зкам’янілих решток, німі товщі майже не вивчались.

Інтенсивне вивчення осадових товщ (в першу чергу пов’язаних з покладами вугілля) в Європі, Росії і Північній Америці розпочалось у ХІХ сторіччі, воно стимулювалось потужним розвитком промисловості. В.О.Ковалевський (1842-1883) здійснює палеогеографічне дослідження юрських та крейдяних відкладів Європейської частини Росії, М.О.Головкінський (1834-1897) формулює поняття геологічних горизонтів та обгрунтовує принципи їх виділення. У середині того ж сторіччя Генрі К. Сорбі (1826-1908) вперше використав поляризований мікроскоп для вивчення гірських порід і написав фундаментальну роботу з вивчення карбонатних та уламкових порід, яка згодом стала класичною. Юзеф Лукашевич (1863-1928), спостерігаючи перетворення бурого вугілля у кам’яне, а далі - в антрацит, шунгіт та графіт, обгрунтовує наявність процесів метаморфізму в осадовому чохлі.

Удругій половині сторіччя в Америці експедиціями на славнозвісному пароплаві "Челенджер" розпочалось планомірне вивчення морських осадків Тихого океану, і вже у 1872 році Джон Меррей (1841-1914) опублікував перше зведення про морські відклади. Всього рік по тому Джеймс Дена (1813-1895) оприлюднює свою теорію геосинкліналей та процесів осадконакопичення в них. В.В.Докучаєв (1846-1903) започатковує основу вчення про вивітрювання та природні зони вивітрювання, а також засновує російську школу грунтознавства.

УФранції М. Бертран розробляє геологічне вчення про формації (1884), а Іоганес Вальтер (1860-1937), готуючи класичне зведення про відклади пустель, прийшов до формулювання головних принципів вчення про фації.

Якщо кінець ХІХ сторіччя наукознавцями визначається як період накопичення загальних відомостей про осадові породи та про умови їх утворення, то початок ХХ сторіччя можна назвати періодом формування науки, яку можна визначити як петрографія осадових порід. Фундатором цієї науки є Люсьєн Кайє (1864-1944), який ще у 1916 р. опублікував монографію "Петрографічні етюди осадових порід", а згодом, у 1929 р., фундаментальне зведення "Осадові породи Франції".

Уці ж роки А.Д. Архангельський (1879-1940) займається петрографічним та палеонтологічним вивченням пізньокрейдяних відкладів Чорного моря, вивчає умови утворення сірки на Північному Кавказі, розробляє основи фаціального аналізу. Основи методу мікропетрографічної кореляції

були закладені професором кафедри мінералогії і петрографії Київського університету П.Я. Армашевським (1851-1919). Велику роль в становленні науки про осадові породи відіграли праці В.І. Вернадського (1863-1945), який відзначав великий вплив органічного життя на формування багатьох осадових утворень.

У 1922 р. в Московському та Казанському університетах, був запроваджений курс петрографії осадових порід. В цей же час Д.В. Налівкін (1889-1982) починає читати курс “Вчення про фації" у Ленінградському гірничому інституті, а Я.В. Самойлов (1870-1925) формулює основні задачі літології та намічає програму та методологію дослідження осадових порід. Важливою віхою розвитку літології стала монографія Вільяма X. Твенхофела "Вчення про седиментацію" (вийшла друком у 1925 році). Після цього в світ виходять узагальнюючі праці "Мінералогія та петрографія осадових порід" (В. Браммал), "Петрографія осадових порід" (Г. Мільнер), "Петрографія осадових

3

порід" (Р. Хеч та Р. Расталл).

Таким чином, галузь геології, що вивчала осадові породи та тривалий час розвивалася в надрах петрографії - науки, головним змістом якої є вивчення магматичних порід, стає самостійною наукою, яка вивчає склад, будову та умови утворення осадових порід.

Починаючи з 30-х років XX сторіччя відбувається швидкий ріст гірничодобувної промисловості (особливо вугільної, нафтової і газової), збільшення видобутку осадових корисних копалин (залізні руди, боксити, солі, фосфорити), зростання виробництва цементу й інших будівельних матеріалів, що вимагало від геологів розробки відповідних концепцій в області теорії осадкоутворення і методів вивчення осадових порід. Це обумовило не тільки бурхливий розвиток петрографії осадових порід, але й формування нової дисципліни - літології.

Сам термін літологія був уперше використаний Уедсвортом у 1896 році для означення процесу макроскопічного опису осадових порід у відслоненнях та зразках. В Росії він був використаний у 1932 р. В.П. Батуріним (1902-1945) та у 1940 р. Л.В. Пустоваловим (1902-1970) для назви навчальної дисципліни, що й дало поштовх до формування в СРСР науки літологія (на заході - sedimentology). У варіанті запропонованому В.П. Батуріним та Л.В. Пустоваловим літологія включає три складові частини: петрографію осадових порід – в якій розглядаються речовинний склад і особливості будови різноманітних осадових порід, питання їх класифікації і номенклатури, а також методи вивчення; теорію літогенезу – яка займається вивченням загальних питань осадового породоутворення, тобто процесів формування осадової речовини на земній поверхні, утворення осадків (седиментогенез), переходу їх в осадові породи, а також особливостей існування останніх у земній корі; вчення про фації - де вивчаються парагенетичні закономірні суспільства осадових порід і методи відновлення, реконструкції умов і обстановок їх утворення. З цим вченням тісно пов'язана стратиграфія - наука, що вивчає послідовність формування геологічних порід і їх початкові просторові взаємовідносини. Таким чином є очевидним, що літологія суттєво переросла рамки петрографії осадових порід і являє собою велику і складно розгалужену область пізнання.

Значну роль у розвитку літології в СРСР відіграли праці Л.В. Пустовалова. У 1940 р. він опублікував двотомну монографію “Петрографія осадових порід", яка вміщувала цілий ряд принципово нових положень, зокрема про осадову диференціацію речовини в зоні осадкоутворення і періодичність осадового процесу у фанерозої. Осадові породи він розглядав як закономірні продукти процесу осадової диференціації. За цю монографію він у 1941 р. був удостоєний Державної премії СРСР першого ступеню.

Неможливо не відзначити діяльність М.С. Швецова, який одним з перших запровадив курс осадової петрографії для вузів та надрукував підручник "Петрографія осадових порід" (1932 р.). Цей підручник витримав сім перевидань, і можна сказати що за деякими показниками він досі не перевершений. Не втратили по сьогодні свого значення праці В.П. Батуріна в області мікропетрографічної кореляції та відновлення палеогеографії по теригенним компонентам.

Використовуючи результати досліджень сучасного осадконакопичення, М.М. Страхов (19001978) на основі порівняльно-літологічного методу розробив теорію осадового породоутворення. За монографію "Основи теорії літогенезу" у 1961 р., в якій були розроблені уявлення про кліматичні типи літогенезу і про їх еволюцію в історії Землі, а також за теоретичні основи науки про утворення осадових порід, він був удостоєний Ленінської премії СРСР. Великий вклад у розвиток літології внесли Н.Б. Вассоєвич (нар.1902), Ю.А. Жемчужников (1885-1957), Л.Б. Рухін (19121959), Г.І. Теодорович, С.Г. Саркис'ян, А.Г. Коссовська, Г.Ф. Крашенінніков, М.В. Логвиненко, О.Б. Ронов (нар. 1913), В.Т. Фролов (нар. 1923) та багато інших вчених.

Великий вплив на розвиток літології мали перекладені багатьма мовами фундаментальні дослідження Дж.Грінсміта (“Петрология осадочных пород”), Ф.Дж. Петтіджона (“Осадочные породы”), Р.К.Селлі (“Введение в седиментологию”). Широко відомими для російськомовних геологів є опубліковані за останні чверть сторіччя “Литология и литолого-фациальный анализ”

4

отложений” (Фролов В. Т., 1984), “Оптическое определение компонентов осадочных пород” (М.О. Наумов, 1990), “Литология” (Б.К. Прошляков і В.Г. Кузнецов, 1991), “Литология” (під редакцією В.Т.Фролова, 1994).

На сучасному етапі виділяється, як правило, 6 основних напрямків розвитку літології, як науки [за Логвиненко], зокрема: 1) теригенно-мінералогічний, завданням якого є вивчення уламкових мінералів осадових порід для кореляції осадових товщ, визначення джерел знесення речовини, а також для палеогеографічних реконструкцій; 2) аутигенномінералогічний, який займається вивченням парагенезисів мінералів середовища осадкоутворення з метою відновлення умов формування та зміни осадків; 3) геохімічний, який вивчає умови накопичення та міграції хімічних елементів та їх комплексів в різних осадках та породах у зв'язку з різними геологічними, фізичними та хімічними факторами; 4) фаціально-формаційний, який на підставі детального вивчення осадових порід дозволяє визначити умови, фізико-географічну обстановку її формування, а визначивши їх парагенезис у розрізах - геологічну історію місцевості; 5) седиментологічний (вивчення сучасних осадків), який дозволяє встановити відповідність між параметрами середовища осаконакопичення і характерними особливостями осадків, що дозволяє робити висновки щодо умов формування осадових порід які мають подібний склад, структуру і текстуру; 6) екологічний, завданням якого є визначення стійкості геологічного середовища до антропогенного тиску, а також вивчення впливу техногенезу на утворення та існування осадків та осадових порід.

Таке широке коло вирішуваних задач обумовило зв’язки літології з багатьма геологічними, географічними, фізичними, хімічними, математичними науками. Серед загальногеологічних наук, на які опирається літологія, можна назвати стратиграфію, палеонтологію, геотектоніку, геохімію, мінералогію, вчення про корисні копалини, історичну геологію, геологію моря та інші. Крім цього, оскільки формування осадків проходить у різних географічних поясах та різних середовищах, літологія тісно змикається з кліматологією, фізичною географією, геоморфологією та океанологією. Процеси, які відбуваються при формуванні осадків та осадових порід, визначаються термодинамікою та хімізмом середовища, а процеси їх перетворення підпорядковані загальним законам фізики та хімії, зокрема органічної та колоїдної хімії. Найширшим чином використовуються в літології математичні методи обробки інформації, зокрема методи математичної статистики (гранулометричний метод, обробка результатів тощо). І, нарешті, осадові породи або самі є корисними копалинами, або контролюють їх поширення. У цьому зв'язку простежується тісний зв'язок літології з вченням про корисні копалини, гідрогеологією. Оскільки багато осадових порід є будматеріалами, а також правлять за фундамент, на якому споруджуються технічні, промислові та інші об’єкти, то осадова петрографія тут змикається з механікою грунтів, будматеріалами, гірничою справою тощо.

Надзвичайно плідним виявилося застосування методів літології для вивчення давніх метаморфічних товщ протерозойського та архейського віку. Роботами академіка О.В. Сидоренко (нар. 1917) та його учнів була показана можливість використання літологічних методів для розшифрування початкового літологічного складу і умов утворення багатьох метаморфічних комплексів. А це вже створює можливість прогнозування наявності в цих породах корисних копалин осадового походження.

Важко переоцінити роль осадових порід як джерела видобутку корисних копалин. Не буде перебільшенням сказати, що сучасна цивілізація базується, головним чином, на мінеральних ресурсах, що видобуваються з осадових товщ, - нафта, газ, кам'яне вугілля, горючі сланці, торф, основна маса радіоактивної сировини, залізних і марганцевих руд, фосфоритів, різноманітних солей, руд алюмінію, будівельної сировини і т.п. Це й не дивно, адже розробка родовищ осадового походження, як правило, є економічно більш вигідною та екологічно безпечнішою ніж експлуатація магматогенних та метоморфогенних покладів. Понад те, останніми роками частина родовищ міді, свинцю, цинку та інших кольорових металів, що традиційно розглядалися як результат магматичної або гідротермальної діяльності, вивчаються літологами як копалини, що

5

мають осадове походження.

Все це свідчить про важливу роль осадових порід у мінерально-сировинній базі будь-якої країни, та вказує на необхідність подальшого розвитку й удосконалювання науки про осадові породи - літології.

Знання методів літології необхідне фахівцям в галузі наук про Землю при виконанні різноманітних досліджень складовими яких є наступні завдання:

1)визначення й опис гірських порід, які далеко не завжди виконується правильно. Геологи часто не тільки невірно описують осадові породи, але й помиляються при їх діагностиці: доломіти називають вапняками (а іноді й пісковиками), фосфорити – яшмами, боксити – пісковиками, бідними залізними рудами, грауваками тощо. Відомі випадки, коли неправильне визначення геологом назви осадової породи, помилковий опис її на роки і десятиріччя затримувало відкриття важливих родовищ фосфоритів, бокситів і інших корисних копалин. Ця інформація є необхідною при вирішенні численних і надзвичайно важливих задач інженерної геології - будівництві гребель, доріг, каналів, тунелів та інших споруд;

2)уточнення та визначення стратифікації товщ при відсутності фауністичних залишків, а також порівняння розрізів таких товщ, що є першорядною задачею при геологічному картуванні і вивченні геологічної будови різноманітних районів. При вивченні товщ, в яких немає фауністичних залишків петрографічні і мінералогічні методи стають головними при порівнянні різних товщ між собою;

3)визначення, з врахуванням палеонтологічних даних, основних рис палеогеографічного середовища осадконакопичення. Вирішення цих питань дуже важливе, адже утворення осадових порід, а також пов'язаних з ними корисних копалин завжди відбувається у конкретному середовищі. Оскільки прошарки осадових порід є своєрідними сторінками геологічного літопису,

уякому записані всі події, що відбувалися під час накопичення осадової товщі, отриману інформацію можна використовувати для встановлення історії геологічного розвитку досліджуваної території. Знаючи умови утворення тих чи інших порід та мінералів, можна прогнозувати пов’язані з ними корисні копалини обумовлених типів. Саме осадова петрографія дозволяє відтворити палеогеографічні, палеогеохімічні, фізико-хімічні та інші умови осадконакопичення;

4)детальне петрографічне вивчення родовищ осадових корисних копалин, їх складу, будови, співвідношення з вміщуючими породами. Вирішення цих завдань дозволяє отримати якісні відомості необхідні: для організації економічно доцільної розробки родовищ осадових корисних копалин, для складання зведень про якість корисної копалини, її розподіл в надрах землі, запаси і т.п., тобто даних, без яких неможлива розвідка й експлуатація виявленого родовища, а також пошуки інших аналогічних родовищ.

Вивчення осадових порід починається в полі, де, за допомогою відомих прийомів, вивчаються умови залягання, будова, склад породи та умови поховання органічних решток тощо, а також відбираються зразки для лабораторних досліджень. У лабораторних умовах комплексом існуючих методів провадиться визначення мінерального та речовинного складу, мікробудови, фізичних властивостей. Головними лабораторними методами вивчення осадових порід є: кристалооптичний аналіз мінералів у шліфах та в зернах; мінералогічний аналіз для визначення мінералів-домішок; хімічний аналіз та його мікрохімічний різновид; спектральний аналіз, який дозволяє визначити склад та концентрацію рідкісних елементів. Крім того, для діагностики глин та карбонатів застосовуються методи хроматичного забарвлення порошків та шліфів різними реактивами; при вивченні уламкових порід широко використовуються методи гранулометричного аналізу (розділення на фракції різної розмірності при допомозі сит чи відмучування); тонкодисперсні породи та мінерали (глинисті, руди Fe, Al, карбонатні породи) вивчають за допомогою термічного та рентгеноструктурного аналізу; електронно-мікроскопічним методом вивчаються тонкодисперсні мінерали із збільшенням об’єктів у 10000-100000 разів. Застосування електронної мікроскопії показало, що багато речовин, які раніше сприймались як аморфні мають кристалічну форму.

6

Контрольні запитання на перевірку засвоєння матеріалу

1.Які породи називають осадовими?

2.Які осадові породи називаються залишковими, або елювіальними? В ому їх відмінність від інших осадових порід.

3.Які чинники сприяли розвитку науки про осадові породи?

4.Назвіть основні наукові напрямки літології.

5.Які завдання вирішуються із застосуванням методів літології?

6.Які найважливіші корисні копалини які мають осадове походження?