Глава 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ, СОСТАВ И СТРОЕНИЕ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

1. Определение осадочной породы

Хотя осадочные породы буквально всеща у нас под ногами, научно опре­делить их долго не удавалось. Это связано с исключительной сложностью со-. става и происхождения осадочных пород. И по той и по другой стороне они практически могут быть любыми, в том числе и магматическими, например по составу гранитными, базальтовыми, риолитовыми и т.д., и по генезису также могут быть вулканогенными, например туфы, гидротермные отложе­ния. Это не позволяет определить их на манер магматических пород, исходя из источника вещества. Магматическими называют породы, возникающие из магмы при ее кристаллизации и застывании. Осадочные же породы образу­ются из всевозможных источников вещества, в том числе и магматического и даже неземного — космического, и не только природного, но и искусственно­го, техногенного. Осадочные породы магматического происхождения кажутся парадоксальными, но они существуют. Отсюда вытекает по крайней мере два вывода: 1) определять осадочные породы по источнику вещества нельзя, так как пришлось бы перечислять всевозможные источники; 2) разделение меж­ду магматическими и осадочными породами проходит не по источнику веще­ства (он может быть и общим) и не по способу образования (он тоже может быть общим — вулканический свойствен и лавам и туфам), а по условиям об­разования. Поэтому-то и могут быть осадочные породы магматического про­исхождения и магматического состава.

Определить осадочные породы нельзя и так, как определяются мета­морфические породы. Последними называются вторичные образования, возникшие из осадочных и магматических при их метаморфизации при вы­соких температурах и давлении. Во-первых, осадочные породы в основном не являются вторичными, а возникают заново из вещества экзосфер — ат­мосферы, гидросферы, литосферы и биосферы, а также из магмы, а во-вто­рых. хотя они образуются преимущественно при самых низких температу­рах и давлениях, но часть их формируется и при термодинамических усло­виях глубоких недр Земли (до 15-20 км), в которых образуются и метамор­фические породы, и, оставаясь осадочными, одновременно оказываются и метаморфическими (глинистые сланцы, мраморы).

Трудности охватить единым определением осадочные породы некото­рым литологам и петрографам казались настолько непреодолимыми, что, отчаявшись дать положительное определение, они давали отрица­тельные, т.е. не по присущим седиментолитам признакам, а по отсутст­вию других, им противоположных. Так, английский петрограф Филиппи указывает, что у осадочных пород есть только одна общая черта — это их противоположность массивно-кристаллическим.Определяют их и как не магматические и не метаморфические, а все оставшиеся другие.

Но большинство петрографов все же делают попытки более конк­ретно определить осадочные породы. Так, Г. Розенбуш (1923) опреде­лял их как слоистые породы. Но это неверно, хотя слоистость — са­мый характерный признак осадочных пород. Однако многие осадоч­ные породы (рифы, туфы, турбидиты, породы кор выветривания, об­вальные, оползневые накопления и т.д.) неслоисты, кроме того, и магматические породы бывают слоистыми, а метаморфические — весьма часто. Помимо этого он определяет их как “достигшие геологи­ческого оформления продукты механического или химического разру­шения изверженных пород, кристаллических сланцев и, до некоторой степени, населяющих Землю организмов”. Но и это определение име­ет много неверных положений, из которых в первую очередь следует отметить утверждение, что осадочные породы — продукты разруше­ния. Это неверно фактически, так как большинство осадочных пород первично (см. 2.2), и вредно методически, в поисковом отношении. В самом деле, если все главные признаки, в особенности минеральный состав, определяются якобы первичными породами, то и соответству­ющие полезные ископаемые надо искать вблизи них. На самом деле они в подавляющем большинстве никак не связаны с выходами кри­сталлических пород, и поэтому определение Розенбуша — плохое ру­ководство для поисков полезных ископаемых. Часть осадочных пород (не больше 20%) является продуктами разрушения других пород, но не только магматических пород и кристаллических сланцев, а и оса­дочных пород и других метаморфических, помимо кристаллических сланцев, пород. Если признавать вторичность части осадочных пород, то они возникают не только в результате разрушения (под этим пони­мается механическое и физическое расчленение), но и в процессах глубокой химической переработки — разложения.

У.Х. Твенхофел (Twenhofel, 1932, США) считал, что “осадочные по­роды представляют собой скопление продуктов разрушения всех других пород”. Этому определению присущи многие недостатки определения Розенбуша, но исключение организмов из источников вещества еще больше ухудшает его. Лишь в одном оно правильнее, так как допускает, что все породы (включая и осадочные) могут участвовать в образовании экзолитов.

В том же 1932 г. В.П. Батурин определял осадочные породы как “вся­кие скопления продуктов разрушения других пород, испытавших тем или иным путем некоторое перемещение в пространстве, в условиях по­верхностной оболочки”. Это определение встречает те же возражения, что и предыдущие, но оно ухудшает понимание, так как исключает оса­дочные породы, формирующиеся на месте (кора выветривания, рифы, многие угли и т.д.), без перемещения по поверхности Земли.

Можно было бы продолжить примеры неудачных, но весьма поучи­тельных определений. Но в 1932 г. А.Н. Заварицкий и в 1934 г. В.Н. Ло­дочников заметили главный отличительный признак осадочных пород: их образование связано с энергией Солнца, а магматических — с энер­гией земного шара. Осадочные породы, таким образом, можно назвать экзогенными, а магматические — эндогенными образованиями. Л.В. Пу- стовалов (1940), оценивая такое определение как наиболее удачное, от- 48 мечает и некоторую неточность: в их образовании участвуют и внутрен­няя энергия Земли, и эндогенные силы, хотя и подчиненные: сила тяже­сти, энергия радиоактивного распада, химических реакций и химиче­ская энергия самою вещества осадочных пород и т.д.

Но определения Заварицкого и Лодочникова ценны в методологиче­ском отношении: они впервые вывели вопрос из “заколдованного”, зам­кнутого круга “источник вещества — первичность или вторичность — способ образования”, и показали, что главное отличие следует искать в разной обстановке образования, чем был продемонстрирован термодина­мический подход к разграничению магматических и осадочных пород. Это хорошо выражается терминами “экзогенные” и “эндогенные” поро­ды, если понимать их шире: не столько как деление на определяющие виды энергии, сколько как весь комплекс условий образований. Вот это и выразил Л.В. Пустовалов (1940, с. 21) в своем классическом и непрев­зойденном за 50 лет определении, которое заслуживает полного цитиро­вания: “В соответствии с этим мы будем считать осадочными породами геологические образования, представляющие собой скопления мине­ральных или органических или же тех и других продуктов, возникшие на поверхности литосферы и существующие в термодинамических ус­ловиях, характерных для поверхностной части земной коры”.

Определение Пустовалова полезно прокомментировать. Его можно разбить на 4-5 частей.

1. Слова “геологические образования” означают многое: 1) формаль­ное — это то более крупное объединение (система), которому подчинены осадочные породы (наряду с другими — минералами и т.д.), т.е. это род, которому подчинен определяемый вид (типичное эксплицитное опреде­ление) ; 2) содержательное — осадочные породы надо изучать на базе ис­торического подхода, с учетом предыстории вещества, в конкретной об­становке времени и пространства (условий), отражение которых они не­сут на себе, в связи с соседними породами, в естественных парагенезах (фациальные взаимоотношения) и должны изучаться всеми геологиче­скими методами, включая геологическое картирование, фациально-ге- нетический подход, полевые методы детального изучения и т.д.

2. Самое общее указание на состав осадочных пород, и в нем только органогенные компоненты отличают их от магматических. В целом оса­дочные породы имеют тот же минеральный состав. Указание на мине­ральный состав необходимо, ибо горные породы — это агрегаты минера­лов, т.е. минералы —- ингредиенты системы пород. Чтобы увидеть в ми­неральном составе специфичное для осадочных пород, надо рассмотреть его конкретно (см. 2.3): не менее 3/4 минералов осадочных пород — но­вообразования в экзогенных условиях.

3. Самое главное — это термодинамические и космические условия образования осадочных пород: они образуются на поверхности литосфе­ры, а фактически ■— на границе Земли и Космоса, в условиях открытой системы и при низких температурах и давлении, к тому же весьма из­менчивых во времени, т.е. в особой четко очерченной зоне, которую можно назвать зоной осадкообразования (см. 2.4). Именно местом рож­дения осадочные породы принципиально и резко отличаются от магма­тических и метаморфических пород. Поэтому туфы, хотя и образующие-

4. 111 49

ся из магмы и энергией вулканического взрыва, т.е. вулканическим спо­собом, тем не менее осадочные породы. А вот лавы, формально подпада­ющие под определение осадочных пород, так как отлагаются на поверх­ности литосферы, остаются в основном магматическими породами, по­скольку сохраняют один термодинамический параметр глубинный — высокую температуру (до 1000°С). Вероятно, разделение магматических и осадочных пород правильнее провести между игнимбритами, еще ла­вами, и пирокластическими потоками, уже осадочными образованиями, так как, несмотря на повышенную температуру, обломки лавы все же не спекаются, т.е. они охлаждены до первых сотен градусов. И форма зале­гания в виде потока, напоминающего лахаровые или селевые отложе­ния, и другие признаки — экзогенные.

Разное понимание границы между магматическими и осадочными породами происходит от того, что ее намечают по разным принципам: по составу, источнику вещества, способу образования или условиям накоп­ления. Однако по существу первые три подхода не имеют отношения к этой границе, и только условия формирования определяют принадлеж­ность к осадочным как экзогенным или магматическим как эндогенным образованиям. Это действительно два разных мира, и понять каждый из них нужно раздельно, не сводя один к другому. Все главные их свойства и расположение в земной коре определяются условиями их образования, а в конечном счете принадлежностью одного царства пород к экзосфере, а другого — к эндосфере. Метаморфические породы, будучи первично в основном осадочными, принадлежат к эндогенным породам.

Главное подразделение горных пород, таким образом, производится не по их основному петрографическому признаку — минеральному со­ставу, а по генетической стороне, именно по условиям формирования, в основе которых лежат термодинамические параметры. Это, естественно, создает неопределенность в их разграничении и все еще препятствует созданию единой минеральной классификации горных пород.

4. Указание не только на зону образования, но и на зону существова­ния осадочных пород. Этого чрезвычайно сильного положения нет ни в одном из предыдущих и ни в одном из последующих определений. Им утверждается преходящий характер осадочных пород, не только образу­ющихся, но и исчезающих в вечном круговороте вещества на Земле (как и в Космосе). Осадочные породы устойчивы только в определенных тер­модинамических условиях (при сравнительно невысоких температурах

• первые сотни градусов — и невысоких — до 3-4 кбар — давлениях), за пределами которых они переходят в другие, метаморфические и маг­матические, при погружении в недра за пределы критических условий либо разрушаются в результате эрозии или выветривания — при возды- маниях. В этом круговороте только условно, на каком-то витке спирали, можно посчитать одни породы первичными, а другие вторичными.

Наконец, в качестве пятой части определения следует отметить от­сутствующее в нем, а именно то, что Л.В. Пустовалов не включил в чис­ло характерных признаков, хотя все другие петрографы всегда на это указывали, — это источники вещества. Их для осадочных пород невоз­можно перечислить, они могут быть буквально любыми, поэтому в це­лом осадочные породы они не определяют. Для конкретных пород еще можно выделить какие-то определенные источники, но они нередко не единичны, и в этом особенность седиментогенеза: во внешних подвиж­ных оболочках Земли и в биосфере вещество из разных источников силь­но перемешивается, как бы гомогенизируется и обезличивается.

Как это не покажется странным, но все последующие определения уступают пустоваловскому. Например, “осадочной породой называют геологические тела, возникшие из продуктов физического и химическо­го разрушения литосферы, в результате химического осаждения и жиз­недеятельности организмов, или того и другого одновременно” (Логви­ненко, 1984, с. 18). Читатель сам может прокомментировать это опреде­ление и сравнить его с пустоваловским, которому оно уступает во мно­гом: 1) опять подчеркивание вторичности (“возникшие из продуктов ... разрушения литосферы”); 2) неполный перечень способов образования;

3. ни слова о термодинамических условиях образования и тем более ни­чего об условиях устойчивости и существования.

Несколько лучше определение М.С. Швецова (1958, с. 13), но оно длинно и дается больше методом перечисления. Лишь Л.Б. Рухин (1969, с. 32) близок к определению Л.В. Пустовалова: “Осадочные породы мож­но определить как геологические тела, возникшие 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”. Новое в оп­ределении — это конкретизация зоны образования (“несколько глубже” поверхности земли), способов и источников — не улучшает его, а явля­ется примером, когда конкретизация вредит. Более существенное ухуд­шение — разделение осадков и пород. В общем понимании осадочные породы охватывают и осадки. Не хватает и указания на зону существо­вания осадочных пород.

В иностранных руководствах, видимо, выработка четких определе­ний не считается важным делом, и они почти все в той или иной мере неудовлетворительны. Еще в 1940 г. Г.Б. Мильнер осадочные породы представлял весьма нечетко — как “уплотненные и рыхлые отложе­ния, слагающие земную кору, безотносительно к их происхождению, но другие, чем породы образованные непосредственно магматической деятельностью”. Более современно определение классика американ­ской осадочной петрографии Ф.Дж. Петтиджона (1981, с. 9): “Осадоч­ные отложения представляют собой геологические тела, сложенные консолидированным материалом, накопление которого происходило на поверхности земли или на незначительной глубине при низких значениях температуры и давления, характерных для этой обстанов­ки седиментации”. Недостатки очевидны: осадочные породы понима­ются лишь как осадки или отложения, тогда как многие из них (коры выветривания, конкреционные и метасоматические образования, ри­фы) таковыми не являются; нельзя считать осадочными породами только консолидированнык тела, это противоречит тому, что автор считает породами и рыхлые пески и галечники (с. 26). Отсутствует указание на зону существования осадочных пород. Только А. Султа­нов (1985) дает определение, близкое к пустоваловскому (с. 7).

Итак, определение Л.В. Пустовалова принимается нами не только потому, что это наилучшее из имеющихся, но и действительно как глу­боко методологичный эталон научных определений, в котором строго со­четаются мера необходимости с мерой достаточности. В данном случае хорошо и то, что оно кажется слишком общим, недостаточно конкрет­ным. Все осадочные породы нельзя охватить иначе, как именно таким общим подходом, чтобы определение не превратилось в перечисление конкретных пород или способов их образования.

Определение Л.В. Пустовалова можно лишь несколько упростить и перефразировать. Во-первых, можно исключить слова “геологические образования”, поскольку осадочные породы подчинены совокупности всех горных пород (Белоусов, 1987), а они — геологические образова­ния, во-вторых, можно проще сказать о составе. Итак, осадочными сле­дует считать горные породы минерального или органического соста­ва, возникшие на поверхности литосферы или вблизи нее и существую­щие при термодинамических условиях, характерных для верхней час­ти земной коры.