Раздел II. Классификация осадочных пород

Классификационные признаки. К осадочным породам, по опреде­лению Л. Б. Рухина, относятся "...геологические тела, образовавшиеся на поверхности Земли и несколько глубже ее при свойственных для этих горизонтов небольших температурах и давлении, путем преобра­зования отложений, возникших за счет продуктов выветривания, жизнедеятельности организмов и иногда за счет материала вулкани­ческого происхождения".

Различные классификации осадочных пород основываются преи­мущественно на четырех признаках первичного осадочного вещества: его происхождении, способе осаждения, минеральном составе и струк­турных признаках. По происхождению (способу образования) первич­ное осадочное вещество может быть продуктом механического либо химического разрушения материнских горных пород. Другой способ его образования - извлечение вещества из воды растительными и животными организмами. Определенный вклад в осадочное породооб- разование вносит также плутоническая деятельность, особенно свя­занная с эксплозивным вулканизмом.

Перечисленные способы образования вещества реализуются в морских и континентальных условиях, где осаждение происходит механическим и (или) химическим путем. Осадочное вещество на континенте может оставаться также на месте его образования в коре выветривания.

По минеральному составу основные группы осадочных пород представлены алюмосиликатными, карбонатными, кремнистыми и сульфатными образованиями. Подчиненную роль играют фосфатные, железистые, алюминиевые, марганцевые накопления и сильнораство­римые соли. В качестве особой группы осадочных образований рас­сматриваются горючие ископаемые - угли, битумы, нафтиды.

Минеральные компоненты осадочных образований имеют различ­ные формы и размеры, характеризующие структуру пород. Одновре­менно структура указывает и на генезис отложений, будучи, напри­мер, обломочной или биогенной. В качестве классификационного признака для отдельных групп осадочных пород принято использовать такие признаки структуры как форма и размер компонентов, а иногда и форму геологических тел (пластовую или конкреционную).

Различные варианты классификаций осадочных пород, предложен­ные еще в 30-е годы и не потерявшие своего значения по сей день, основаны именно на учете взаимосвязанных генетических признаков образования, осаждения, структуры и минерального состава отложе­ний. Наиболее часто в практической работе геологов употребляется классификация, основанная на признаках, предложенных М. С. Шве­цовым, выделившим три основные генетические группы:

1. Породы обломочные - продукты механического разрушения (грубообломочные, песчаные, алевритовые образования).

2. Глинистые породы - продукты химического разрушения мате­ринских минералов. Породы этой группы содержат обычно примесь об­ломочных частиц, что свидетельствует о промежуточном положении этой группы среди образований обломочного и химического происхо­ждения.

3. Химические и биохимические породы возникают за счет наибо­лее растворимых продуктов химического разрушения материнских минералов. Из возникших за счет этого коллоидальных и (или) истин­ных растворов осадки выпадают либо чисто химически, либо при участии организмов. Так образуются карбонатные, кремнистые, фосфатные, сульфатные, алюминистые, железистые, марганцевые породы и каустобиолиты (торф, уголь, нефть).

Неоднозначность признаков осадочных образований не позволяет создать их строго формализованную классификацию на едином основа­нии. Возможность такой логической формализации возрастает по мере перехода ко все более узкому классу отложений.

Справедливо утверждение Н. В. Логвиненко, что "...классифици­руя различные группы осадочных пород, не следует какому-либо признаку отдавать предпочтение перед другими в угоду однообразию или ложной стройности". Так как осадочные породы чаще всего являются полигенетическими образованиями, целесообразно выде­лять среди них основные типы по вещественному составу с учетом способа образования исходных минеральных компонентов (табл. 4).

Обломочные породы состоят из продуктов механического разрушения источников сноса осадочного материала. Их главные породообразующие компоненты представлены обломками основной массы и зернами минералов, разрушенных выветриванием извержен­ных, метаморфических и осадочных пород. Диаметр компонентов

Способ образования

Основные типы
пород	механический	химический	биохимический	биологический

Обломочные

Глинистые

Карбонатные

Кремнистые

Сульфатные, хло-

рпдпые и другие соли

ФосфагаьБ

Алюминиевые

Железистые

Марганцевые

Каустобиолиты

колеблется в широком диапазоне - от 1000 мм и более (глыбы) до

1. 01 мм (алеврит).

Глинистые породы являются продуктами механического и (или) химического разрушения источников сноса материнских пород различного генезиса. Главные породообразующие компоненты пред­ставлены водными алюмосиликатами, выделяемыми в группу глинис­тых минералов, размер чешуек которых не превышает 0,01 мм.

Карбонатные породы возникают либо за счет скопления отмерших организмов с карбонатной функцией скелета, либо за счет химического синтеза вещества из пересыщенного карбонатами раство­ра. Другим путем образования этих пород может быть отложение обломков карбонатов за счет механического разрушения ранее воз­никших карбонатных образований. Преобладающим породообразую­щим минералом карбонатных пород является кальцит, слагающий различные фаунистические остатки, зерна, оолиты, кристаллы и другие формы. Другой основной минерал карбонатов - доломит. Размеры биогенных по происхождению компонентов колеблются в значительных пределах и зависят от их исходных объемов и степени обработки в процессе переноса. Первичные хемогенные образования обычно имеют размеры в пределах 0,005- 0,5 мм.

Кремнистые породы являются образованиями, сформирован­ными минералами кремнезема, которые могут входить в состав орга­низмов с кремневой функцией скелета, либо иметь хемогенный генезис. Размеры био- и хемогенных компонентов обычно не превыша­ют 0,1 мм.

Сульфаты и другие соли образуются путем выпадения из растворов. Минералы групп сульфатов, хлоридов, боратов, нитратов и фторидов выделяются в разнообразных морфологических формах, размеры которых достигают 10 мм в диаметре.

Фосфатные породы образованы скоплениями скелетных остатков фосфорсодержащих организмов, продуктов их жизнедеятель­ности и (или) хемогенными выделениями различной формы - зернами, кристаллами, оолитами, конкрециями и др.

Алюминиевые породы (аллиты) содержат определенное количество минералов глинозема и возникают в результате химичес­кого выветривания пород источников сноса и либо остаются на месте своего образования, либо переотлагаются под влиянием гравитацион­ных факторов.

Железистые породы (ферриты) в качестве породообразую­щих компонентов содержат оксиды, силикаты, карбонаты и сульфиды железа. Накапливаются ферриты в элювии, либо могут быть смещены из зоны выветривания и переотложены в путях переноса и в конечных водоемах стока. Характерна также аутигенная железистая минерали­зация.

Марганцевые породы (манганиты) сложены марганецсодер­жащими минералами оксидов, гидроксидов и карбонатов, которые образуются в результате химических процессов при выветривании. Марганцевые накопления могут залегать в виде руд в элювии, либо быть переотложенными химическим и биохимическим путем.

Вулканогенно-осадочные породы состоят из продуктов синхронного (в геологическом смысле) вулканизма, смешанных в различных количествах с вышеописанными компонентами обломоч­ных, карбонатных, кремнистых и других отложений.

Среди перечисленных групп осадочных накоплений основная роль принадлежит глинистым, обломочным и карбонатным породам.

Текстуры осадочных образований относятся к числу важнейших признаков, имеющих диагностическое значение для установления генезиса. Под текстурой понимается пространственное взаимоотноше­ние, порядок расположения отдельных компонентов породы, различ­ных характерных признаков и их ориентировка по отношению к пластам и в пространстве. Во многих западных странах текстуру называют структурой и наоборот, это необходимо помнить при чтении иностранной литературы. Текстуры обусловливают величины физичес­ких свойств в породах по разным направлениям (скорость упругих волн, проницаемость и пр.), т. е. анизотропию.

Текстуры различаются по масштабам проявления. Они могут характеризовать разные тела (пласты и др.) или целые толщи. Много внимания изучению текстур уделял Н. Б. Вассоевич. Он классифициро­вал текстуры по морфологическим признакам, по стадиям литогенеза, на которых они возникают. Выделяются текстуры основной массы самой породы (например, слоистость) и знаки на поверхности пластов или внутри породы - иероглифы.

По времени образования Н. Б. Вассоевич предложил различать: синглифы - первичные знаки, образующие одновременно с отложени­ем осадка (знаки ряби, следы струй на поверхности, оползания, ориен­тировка обломочного материала и органических остатков и др.); диаглифы - диагенетические знаки (следы смещения внутри слоев, внедрения одних в другие, трещины усыхания, следы бентосных организмов, ходы илоедов); катаглифы - текстурные знаки, образую­щиеся при катагенезе. Можно также выделять текстурные знаки, которые образованы при воздействии организмов, так называемые биоглифы, среди других можно различать механоглифы - следы механического воздействия.

Целый ряд текстур (гиперглифы) связан с воздействием факторов гипергенеза. К их числу относятся различные виды трещин выветрива­ния, а также возникающие при выветривании сфероидальные и эллип­соидальные оболочки, на которые распадаются многие породы, особен­но алеврито-глинистые. При этом образуется конкреционно-скорлупо- ватая отдельность. Часто концентричность при выветривании подчер­кивается окраской, изменение которой связано с различной глубиной проникновения вод в породу. Пульсационное перемещение веществ в растворах приводит к появлению концентрических колец Лизенганга.

Первичные текстуры, особенно слойчатые, свидетельствуют прежде всего о динамике среды осадконакопления. К числу важней­ших текстурных признаков, характеризующих внутренние части пласта,относится слоистость. В большинстве случаев слоистость - это первичное свойство породы, вызванное пульсацией в поступлении материала и перерывами осадконакопления. Законы слоеобразования определяются тектоническим режимом бассейна осадконакопления, а также климатическими и даже космическими причинами. По масшта­бам, соотношению и интенсивности развития наряду со слоистостью выделяется слойчатость и слоеватость. Когда в пластах песчаника развиты косые слойки, лучше говорить о косой слойчатости в отличие от слоистости всей песчаной толщи. Когда в монотонной пачке алевро­литов слоистость только намечается, благодаря ориентировке отдель­ных зернышек, чешуек слюды и обрывков растительной ткани, целесо­образнее говорить о слоеватости. Со слоистостью связано широко распространенное понятие о цикличности осадкообразования. Она может быть выражена простой повторяемостью пластов, но может быть и сложной, когда чередуются пачки, обладающие внутренним цикли­ческим строением. Различают цикличность разных порядков: от элементарной двухкомпонентной сезонной озерной до общеглобаль­ной, охватывающей ряд эпох или даже периодов. Изучение слоистости

Рис. 22. Типы слоистости (по П. П. Тимофееву, с упрощени­ем).

Г оризонтальная: 1 — равномерная, 2 — направленно-изме- няющаяся, 3 — неравномерная; 4 — пологоволнистая, па­раллельная; 5 — линзовидная; косая: 6 — косослоисто-каса- тельная, 7 — параллельная, 8 — параллельная с косым среза­нием серий слойков, 9 — мульдообраэная; чередования раз­ных типов: 10 — косая горизонтальная, 11 — косо-полого­волнистая; 12 — биогенно-слоистая; 13 — оползневая; 14 — внедрения под давлением; 15 — биотурбация; слоеватая: 16 — градационная, 17 — за счет редких включения, 18 — за счет ориентированно расположенных конкреций, 19 — неотчетливая

и особенно косой слойчатости является одним из самых главных видов литологических исследований.

Морфологические типы слоистости в обломочных породах, возник­ших в основном в мелководных бассейнах, классифицированы П. П. Тимофеевым (рис. 22). Рассматриваемые здесь текстуры с разны­ми типами слоистости возникли в континентальных высоко- и низко­энергетических обстановках, а также в прибрежно-морских шельфо­вых низкоэнергетических обстановках. Особая категория структур в пластах возникает при действии скоростных мутьевых, турбидитных потоков на континентальных склонах (рис. 23). Частично об образова-

Рис. 23. Характер строения разрезов (а) и особенности текстур (б) в отложениях подводных конусов выноса.

1 — грубообломочные образования; 2 — пески; 3 — алевропелитовые отложения; 4 — слоис­тые глинистые отложения; 5 — складки оползания

4-Ю.Бурлин и др.

нии таких потоков упоминалось при рассмотрении условий седимента­ции в гл. 3. Кроме того, при выпадении осадка из разжиженного потока обломочного материала, наряду с массивными неслоистыми текстурами, возникают специфические текстуры типа мелких песча­ных даек (образно называемых " язычки пламени"), внедряющихся в вышележащий слой, и типа текстур нагрузки, образующихся вслед­ствие просадки вышележащего осадка (песчаного) в нижележащий более тонкий. При этом образуются конволютные текстуры в виде мелких складочек. Последнему процессу способствует и оползание осадков по уклону дна (текстуры оползания).

Среди текстурных форм, наблюдающихся на кровле пластов, особенно характерны знаки ряби. Принято характеризовать как абсолютные размеры элементов ряби (длину волны, амплитуду), так и относительные размеры, именуемые индексами ряби (1 и 2 индексы). Первый индекс характеризует относительную высоту, рельефность ряби. Он представляет отношение длины волны (расстояние между осями гребней валиков) к амплитуде ряби, т. е. к превышению гребня над дном впадины. Второй индекс образуется из отношения ширины проекции на горизонтальную плоскость более пологого склона валика к ширине проекции более крутого и характеризует степень асиммет­рии ряби.

По условиям образования знаки ряби делятся на воздушные, или эоловые (субаэральные), и водные (субаквальные). Эоловая рябь всегда резко асимметрична и характеризуется максимальной величи­ной обоих индексов ряби. Более разнообразны типы водной ряби, нередкие в ископаемом состоянии. Среди них выделяются две основ­ные категории - знаки ряби, образующиеся вследствие поступатель­ного движения воды (рябь течений) и возникающие при колебатель­ных движениях воды (осцилляционная рябь). Типичные представите­ли этих категорий достаточно резко отличаются друг от друга. Рябь течений асимметрична; у нее второй индекс обычно больше 2. Рябь волнения (осцилляционная) обычно симметрична (второй индекс равен или близок к 1). У ряби течений гребни валиков сглажены, пологий склон несколько выпуклый. У ряби волнений гребни обычно заострены, а склоны несколько вогнуты.

К знакам-слепкам (типичным иероглифам) относятся текстурные формы на нижней поверхности пласта. Они особенно многочисленны и сплошь покрывают подошву пласта во флишевых толщах. Обычно это отпечатки (слепки) поверхности нижележащего пласта со следами течения (струйки, язычковые лунки вымывания), бороздами и царапи­нами от волочения каких-либо предметов, ударов капель и т. д. Среди биогенных как на нижних, так и на верхних поверхностях различают­ся отпечатки организмов, часто даже лишенных скелета, отпечатки различных построек, следы ползания червей, перемещения другого

бентоса (рис. 24).

98

Рис. 24. Морфологические разновидности биотурбидитов. Показаны ходы илоедов. Пермь Хараулахских гор (по О. В. Япаскурту)

Среди диагенетических текстур, образовавшихся после отложения осадка, известны биогенные и абиогенные. Из биогенных наиболее распространены фукоиды, представляющие собой ходы различных илоедов, преимущественно червей, выполненные частично или пол­ностью переработанным ("переваренным") материалом, отличающимся по составу и строению от вмещающей породы.

Возникновению абиогенных диагенетических текстур среди других причин способствуют конкрециеобразование и другие преобра­зования в осадке. Конкреции, образовавшиеся в диагенезе, называют­ся сингенетическими. Они могут формироваться на поверхности осадка - железо-марганцевые конкреции, стяжение же, возникшие на корневищах водорослей и др., могут образовываться внутри осадка. Чаще всего они наблюдаются в тонкозернистых осадках как итог процессов кристаллизации, стяжения и цементации материала. При этом вытесняется и оттесняется еще не полностью литифицированный затвердевший осадок и, естественно, деформируется, видоизменяется его первичная структура. При этом возникают обтекающие волнистые линзовидные текстуры. К диагенетическим текстурам можно также отнести нептунические дайки, образующиеся в тех случаях, когда рыхлый осадок заполняет трещины в подстилающем субстрате. Но, по-видимому, не все нептунические дайки образуются таким образом.

В стадию катагенеза образуются также некоторые характерные текстурные формы. К их числу относятся стилолиты, которые возника­ют при растворении под давлением. Чаще всего они приурочены к более растворимым, чем обломочные, породам, но могут образовы­ваться и в последних. К катагенетическим текстурным признакам относятся ямки вдавливания, заметные на поверхностях галек и валунов. В катагенезе также могут возникнуть нептунические дайки. Это доказывается исследованиями последних лет и показано В. Н. Xo-

ледовым на примере изучения глинистой толщи Майкопа в Восточном Предкавказье. Их этих пород была выжата вода, сопоставимая по объему с количеством воды в Каспийском море. Отжатая вода, разгру­зившись по разломам, переместилась в более крупнопоровые среды. Иногда возрастание давления приводит к разрыву сплошности выше­лежащих пород. Внедряясь в возникшие трещины, вода приносит с собой и фрагменты раздробленной породы, которые заполняют трещи­ны, образуя нептунические дайки катагенетического генезиса.

Контрольные вопросы

1. ЧГо вкладывается в определение понятия осадочная порода?

2. Каковы основные составные части осадочного вещества и критерии классифика­ции осадочных пород?

3. Как формируются основные морфологические типы текстур?

4. На какие категории разделяются текстурные признаки?

5. В чем различие текстур седиментации, диагенеза и катагенеза — синглифов, диаглифов и катаглифов?