lito_kuznecov

лее, тоже состоит из обломков. Именно эти две составные части — обломки и цемент — должны изучаться наиболее детально и подробно.

Обломочные компоненты характеризуются прежде всего их структурой, которая описывается тремя основными показателями — размером обломков, их формой и отсортированностью, т.е. однородностью или близостью размеров обломков. Систематика размеров обломков и классификация пород по этим размерам будет рассмотрена далее (см. раздел 5.1.4), здесь же отметим, что обломки размером менее 0,05 — 0,1 мм обычно называют частицами, (0,05 — 0,1) — (1,0 — 2,0) мм — зернами, а более крупные — обломки с собственными названиями: гравий, дресва, галька, валун и т.д.

Что касается формы, то она оценивается, по крайней мере, двумя показателями: во-первых, соотношением размеров по трем направлениям, т.е. соотношением длины, ширины и толщины, и, во-вторых, степенью окатанности.

Проще всего эти показатели определяются в грубообломочных породах — в обломках размером примерно от 10 мм

иболее. Для них разработаны специальные методы изучения

иколичественные характеристики этих показателей, которые описаны в специальной литературе (Рухин, 1969; «Справочное руководство...», 1958, т. 2 и др.) и здесь не рассматриваются.

Форма зерен песков, песчаников, алевритов и алевролитов, т.е. зерен размером от 0,05 — 0,1 до 1—2 мм, изучается преимущественно в шлифах, т.е. в плоском сечении, и соотношение размеров характеризуется соотношением только двух параметров — длины и ширины. По этому показателю можно выделить три типа зерен — изометричные (равноразмерные) с соотношением длины и ширины не более чем 1,5:1, удлиненные, где это соотношение повышается до 4:1, и резко удлиненные — игольчатые, таблитчатые и т.д., где отношение длины и ширины более 4 (рис. 5.1). В природе отчетливо преобладают первые две формы, третья же встречается редко. Она бывает лишь у не самых распространенных в осадочных породах минералов — у слюд, некоторых акцессорных минералов — циркона, турмалина, рутила, роговой обманки, дистена и некоторых других.

Окатанность зерен отражает степень обработки их поверхности, наличие или отсутствие неровностей, острых углов и т.д. По этому показателю при стандартных петрографических исследованиях обломки обычно подразделяются на три группы (см. рис. 5.1):

250

ю 8

Рис. 5.1. Формы обломочных зерен.

Первичные формы: 1—3 — подразделение по соотношению размеров: 1 — изометричные, 2 — удлиненные, 3 — резко удлиненные; 4 — 6 — подразделение по степени окатанности: 4 — окатанные, 5 — полуокатанные, 6 — неокатанные (угловатые), Вторичные формы: 7 — корродированные, 8 — регенерированные

—окатанные, в которых обработана практически вся поверхность, она сглажена, нет выступающих частей, т.е. обломки имеют округлую или эллипсоидальную форму;

—полуокатанные, где выступающие части и углы закруг-

лены;

—неокатанные, или угловые, где имеются выступающие части, углы остроугольны.

Разработан ряд методов количественной характеристики формы зерен, как правило, достаточно трудоемких. Один из относительно простых методов определения величины коэффициентов сферичности (т.е. изометричности) и округленности (окатанности) предложен У.К. Крумбейном и Л.Л. Слоссом. На основе визуального сравнения формы исследуемого зерна с эталонной таблицей (рис. 5.2) возможно численно охарактеризовать эти показатели. Само по себе их выраже-

251

	0,9	» *		φ	% •
X	0,7	ш	*	φ	Φ	Φ
3*
ίw
о
К			•	ш		•
CL
ω
•θ· π 5
	0,3	-	-	•	-	-
		0,1	0,3	0,5	0,7	0,9
				Округленность

Рис. 5.2. Схема У.К. Крумбейиа и Л.Л. Слосса для определения коэффициентов сферичности (изометричности) и округленности (окатанности) зерен

ние каким-то числом не имеет каких-либо серьезных преимуществ перед словесной качественной характеристикой, но при наличии серии анализов, особенно значительной по объему серии, числовое сравнение весьма полезно. Вместе с тем надо иметь в виду, что такое сравнение корректно для зерен примерно одного размера и одного минерального состава, так как при прочих равных условиях крупные обломки окатаны лучше мелких; способность к окатыванию у разных минералов также различна.

Надо также учесть, что указанные формы — это, если можно так выразиться, первичные формы, образующиеся при транспортировке и осаждении и несущие тем самым информацию именно об этих обстановках (генетическое значение будет рассмотрено далее). Вместе с тем эта первичная форма может измениться за счет вторичных процессов, в частности, коррозии или, напротив, регенерации (см. рис. 5.1), что необходимо учитывать и специально описывать.

Следующий показатель структуры обломочной части характеризует не отдельные обломки и зерна, а их совокупность — однородность или неоднородность этой совокупно-

252

сти по размерам, т.е. то, что называется отсортированностью. Идеально отсортированной будет порода, состоящая из обломков только одного размера, полностью неотсортированной является порода, в которой все обломки имеют разные размеры. Ясно, что оба эти случая сугубо теоретические — ни того, ни другого в природе не существует.

Имеются различные методы количественной оценки степени отсортированности, некоторые из них рассмотрены в гл. 4 (раздел 4.2.3). При стандартных же, в том числе микроскопических исследованиях она оценивается чисто качественно, условно, по преобладанию обломков (зерен) определенной размерной фракции или отсутствию такового (рис. 5.3). Это обстоятельство следует подчеркнуть особо — оценивается не конкретный размер отдельных зерен, а именно определенная размерная фракция — к примеру, мелкого (0,1—0,25 мм) или среднего (0,25 — 0,5 мм) песка, т.е. набора зерен в пределах определенного, желательно относительно узкого интервала размеров.

Так, если в породе отчетливо видно преобладание обломков размером, к примеру, 0,2 — 0,4 мм, можно говорить о хорошей отсортированности (сортировке) обломочного материала. Если визуально преобладания никаких фракций установить не удается и присутствуют примерно в равных количествах зерна различных размерных фракций, можно говорить о плохой отсортированности или отсутствии таковой. Промежуточный случай — наличие значительного количества какой-то фракции при одновременном существенном количестве зерен большего и меньшего размера — позволяет говорить о средней степени сортировки (отсортированности).

Важной характеристикой обломочной части является вещественный состав обломков (зерен). Для грубообломочных пород — это петрографический состав обломков, так как благодаря относительно крупному размеру обломки представляют собой еще исходную породу, где закономерные связи между слагающими ее минералами не нарушены. В песчаниках и алевролитах определяется уже минеральный состав, так как исходная порода, как правило, дезинтегрирована до отдельных минералов. Последние в свою очередь подразделяются на породообразующие, составляющие основу породы, и акцессорные, суммарное содержание которых обычно менее 1 —2 % (подробнее см. в гл. 2).

Второй важнейшей составной частью обломочных пород является цемент, т.е. то, что связывает, скрепляет отдельные обломки, зерна и частицы в единую твердую породу. Как

253

г о Я а 0	- 0	O o 0 Q 0 O
.¾¾ VoO0Sa,
m о m		чьоя

Рис. 5.3. Схема хорошо (α), средне (б) и плохо (в) отсортированной обломочной породы

указывалось выше, имеются породы и несцементированные, но преобладают все же сцементированные, где изучение цемента необходимо и очень важно как в теоретическом (с точки зрения условий образования и преобразования породы), так и в прикладном (с точки зрения коллекторских свойств), отношении.

Надо сказать, что цементы грубообломочных и песчаноалевролитовых пород часто существенно различны. В первых крупные обломки, составляющие суть породы, цементируются в основном также обломочным, но более мелкозернистым материалом — песчано-алеврито-глинистым. В меньшей степени и главным образом именно этот «обломочный цемент» в свою очередь цементируется карбонатным (кальцитовым и доломитовым), иногда с примесью сульфатов, железистым (лимонитовым) и другим материалом. В зарубежной литера-

254

Рис. 5.4. Типы контактов зерен в «бесцементных» песчаниках. Зарисовки шлифов.

Конформные контакты в кварцевом (ί) и полевошпатово-кварцевом (2) песчанике; инкорпорационные контакты зерен кварца и микроклина {3) и инкорпорация зерна плагиоклаза в кварц (4); конформно-микростилолитовые контакты зерен в кварцевом песчанике (5. б)

туре этот механически принесенный цементирующий материал — «заполнитель» — называют матриксом, и только аутигенный химически осажденный — собственно цементом.

255

Цементы песчаников и алевролитов более разнообразны по составу и чаще имеют аутигенное происхождение. Для этих пород характерны глинистые, карбонатные, сульфатные, железистые, опаловые, фосфатные и другие виды цементов. Кроме состава цементы изучаются и описываются по комплексу показателей — их количеству, типу цементации, структуре, соотношению с зернами и т.д. (подробнее см. раздел 1.3.3).

Как уже отмечалось, существуют песчаники и алевролиты, т.е. твердые породы, не содержащие, однако, цемента. Такие породы образуются при механическом сжатии чистых песков (алевритов), при котором зерна механически приспосабливаются, «притираются» друг к другу, при этом возникают конформные контакты зерен (от лат. conformis — исходный, подобный) .

Дальнейшее уплотнение ведет к внедрению одних зерен в другие, при этом возникают инкорпорационные контакты (от лат. incorporation — включение в состав чего-то). Наконец, под давлением происходит частичное растворение зерен и соединение их по микростилолитовым контактам (рис. 5.4).

Подобные процессы образования плотных пород могут привести и к появлению цемента. Так, при частичном растворении зерен между ними возникают инкорпорационные и микростилолитовые контакты, а растворенный материал рядом откладывается в виде регенерационных каемок, и формируется регенерационный цемент, состав которого таков же, как и состав зерен.

5.1.3. ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ ОБЛОМОЧНЫХ ПОРОД

Использование обломочных пород для реконструкции условий их образования имеет давнюю историю и часто весьма эффективно. Классическими стали работы В.П. Батурина по изучению палеогеографии продуктивной толщи Азербайджана и его обобщение «Петрографический анализ геологического прошлого по терригенным компонентам» (Батурин, 1947).

Важное генетическое значение имеют как состав обломочной части, так и ее структура. Генетическая же интерпретация цементирующей части далеко не всегда однозначна и достоверна.

Состав обломочной части дает важные сведения о типах пород в областях сноса — источниках этого материала, а

256

иногда частично и о климате. Изучая петрографический состав галек и гравия, непосредственно можно говорить о материнских породах для них. Следует, однако, отметить, что грубый материал обычно не переносится далеко и характери- с т и ка состава устанавливается лишь для близко расположенных областей питания. При более длительной транспортировке гальки менее устойчивых пород (глинистых сланцев, основных магматических пород и т.д.) разрушаются и происходит относительное обогащение оставшегося материала более устойчивыми гальками кварца, кварцитов, окремнелых и окварцованных пород и т.д.

Сложнее обстоит дело с песчаниками и алевролитами, где зерна присутствуют преимущественно в виде отдельных минералов. Если в этих породах присутствуют обломки пород, то последние уже характеризуют состав материнских пород; при их отсутствии рассматриваются ассоциации минералов — как породообразующих, так и акцессорных (табл. 5.1).

Так, наличие в тяжелой фракции апатита, циркона, рутила, роговых обманок, а в легкой — калиевых полевых шпатов и кварца свидетельствует о размыве гранитоидов. Ассоциация магнетита, титаномагнетита, сфена, основных плагиоклазов, амфиболов и пироксенов наиболее характерна для основных

Т а б л и ц а 5.1

Характерные ассоциации терригенных минералов и осадочных пород и возможные породы соответствующих им питающих провинций (по В.П. Батурину, Ф. Петтиджону и др.)

Ассоциация минералов и обломков пород			Породы питающих
Легкая фракция		Тяжелая фракция	провинции
Кварц, калиевые поле-		Циркон, сфен, биотит,	Граниты и гранодиори-
вые шпаты, кислые пла-		апатит, реже монацит	ты
гиоклазы,	мусковит
Обломки	эффузивов и	Пироксен и роговая об-	Основные и средние эф-
основные плагиоклазы		манка	фузивы

Кварц с мозаичным и Дистен, ставролит, силМетаморфические по-
волнистым угасанием		лиманит,	гранат, эпи-	роды
		дот, цоизит, роговая об-
		манка, реже андалузит
Обломки	эффузивов и	Пироксен, шпинель,		Ультраосновные породы
основные	плагиоклазы,	хромит
змеевик
Преобладание кварца		Циркон, грешат, рутил, Осадочные терриген-
		турмалин,	кремневые	ные породы

зерна, реже глауконит, кварциты

257

иультраосновных пород. Кстати говоря, последняя ассоциация позволяет предполагать относительно недалекий перенос

иаридный климат в пределах области питания, поскольку многие из этих минералов легко истираются при механическом переносе и быстро разрушаются при выветривании в условиях гумидного климата. Развитие дистена, ставролита, силлиманита, граната, андалузита при значительном количестве в легкой фракции кварца с волнистым и мозаичным угасанием указывает на размыв метаморфических комплексов. Общая бедность минералами тяжелой фракции, наличие переотложенного глауконита, остатков фосфоритов, кремней, кварцитов и т.д. — о развитии на водосборной площади осадочных пород.

Значительно труднее интерпретировать мономинеральный состав обломочной части. Например, кварцевые песчаники, содержащие в тяжелой фракции такие устойчивые минералы, как циркон, турмалин, монацит и др., могут образоваться в результате многократного перемыва более древних осадочных пород или в условиях, когда область питания располагалась в зоне гумидного климата, что вело к интенсивному химическому выветриванию с разрушением всех неустойчивых

ималоустойчивых минералов.

Отдельно следует остановиться на одном специфическом, характерном для осадочных, и прежде всего обломочных пород минерале — глауконите. Строго говоря, это минерал диагенетический (хотя бывает и переотложенный), т.е. не обломочный, но частая форма его выделения в виде обособленных зерен ведет к тому, что он описывается в составе обломочной части. Наличие непереотложенного глауконита — указатель морского происхождения осадка, так как он формируется в илах именно морских водоемов.

Теоретическая основа генетической интерпретации данных о размере, отсортированности и окатанности обломочной части достаточно проста.

Размер обломков зависит прежде всего от динамики среды отложения, и чем она активнее, тем более крупные обломки переносит и откладывает. Поэтому осадки и образованные из них породы вблизи берегов в общем виде (но далеко не всегда!) более грубозернистые, чем в центральных частях водоема. Более грубозернистый состав отмечается также в полосе течений и в зоне более активного волнения на отдельных поднятиях в рельефе дна.

По структуре обломочной части, а точнее, по размеру обломков можно косвенно судить о рельефе областей питания.

258

qeM он выше, тем более грубозернистый образуется материал и тем его больше. Правда, гальки и валуны обычно далеко не разносятся и накапливаются непосредственно в предгорьях (пролювиально-делювиальные конуса выноса), а несколько дальше протягиваются по руслам рек; кроме того, они могут образовывать прибрежные отложения в водоемах. Однако уясе само наличие грубообломочных пород говорит о резкой расчлененности рельефа, а размер галек и валунов позволяет в ряде случаев оценить высоту разрушающихся гор.

форма зерен и степень окатанности при прочих равных условиях прямо зависит от длительности переноса — чем дольше путь от источника сноса до места осаждения, тем лучше окатанность обломка. К этому общему правилу необходимо сделать, по крайней мере, два замечания.

Во-первых, чем крупнее обломок (зерно), тем быстрее он окатывается, а мелкие алевритовые частицы, особенно размером менее 0,05 мм, практически никогда не бывают окатаны. Дело в том, что крупные зерна переносятся волочением, перекатыванием по дну и, естественно, в максимальной степени обрабатываются. «Средние» по размерам зерна переносятся путем сальтации, т.е. скачками, частично волочением по дну, а частично во взвеси и, естественно, меньше подвергаются воздействию других зерен; мелкие частицы переносятся практически только во взвеси, где столкновения и окатывание минимальны.

Во-вторых, на форму зерен оказывает влияние и исходная первичная форма минерала. Так, кварц в исходных магматических и метаморфических породах обычно изоморфен, и обломочные кварцевые зерна в песчаниках также изоморфны. Полевые шпаты образуют удлиненные кристаллы, да еще со спайностью, что обусловливает формирование удлиненных зерен, иногда с реликтами угловатости.

Отсортированность обломочной части зависит от среды переноса и отложения (водной и воздушной) и характера ее движения, т.е. стабильности или нестабильности динамики среды отложения. Эоловые осадки благодаря постоянному перевеиванию отличаются обычно наилучшей степенью сортировки. Осадки, отложенные при колебательных движениях водной среды, в связи с неоднократным взмучиванием и переотложением характеризуются лучшей сортировкой по сравнению с осадками, отложенными при направленном, поступательном движении воды. Отсортированность резко ухудшается, если обломочный материал поступает из различных источников сноса и перед захоронением не успевает пе-

259