lito_kuznecov

Рис. 9.7. Соотношение окремнения со стилолитовыми швами. Зарисовка образцов. Северный Кавказ. Оксфорд

секущими слоистость трещинами, и т.п. (рис. 9.7, 9.8). Контакт с вмещающей породой обычно достаточно резкий, хотя на поверхности кремней, на границе их с вмещающей породой обычно наблюдается светлая корочка толщиной в несколько миллиметров (иногда до 10 мм), сложенная менее плотной, чем сами кремни породой, причем под микроскопом видно, что переход основной массы кремня в светлую корочку хотя и быстрый, но постепенный.

Цвет кремней черный, темно-серый, желтый, бурый, красный; нередко концентрически-полосчатое агатовидное расположение различных цветов и оттенков.

Цвет кремней и характер их взаимоотношения со слоистостью имеют важное значение при выяснении времени* механизмов и обстановок их образования, что будет рассмотрено ниже.

По составу кремни бывают опаловыми и кварц-халцедо- новыми, причем последние явно преобладают. Имеются также конкреционные образования смешанного состава, причем различные минералы либо равномерно «перемешаны», и их наличие и распределение устанавливается при тонких минералогических исследованиях, либо обособлены друг от друга, и отдельные минералы отчетливо определяются визуально. При этом распределение разных минералов в стяжении весьма разнообразно. Например, халцедоновый и халцедонкварцевый состав внешней части конкреции сменяется чисто

Рис. 9.8. Соотношение кремневых конкреций в доломитах с трещиноватостью. Северный Кавказ. Оксфорд. Длина карандаша на нижнем снимке 8 см

460

кварцевым в центре; при этом нередко возникают жеоды с неполным выполнением пространства внутри конкреции и образованием правильных чистых кристаллов кварца (горный хрусталь). Известны и противоположные случаи — ядро сложено округлыми зернышками опала («икряной камень»), следующая оболочка представлена сливным халцедоном, внешняя сложена кварцем, причем ее поверхность даже обрастает пирамидальными кристаллами кварца.

Конкреционные кремни известны в отложениях практически всех возрастов.

Вшлифе под микроскопом видна крипто-, микро- и тонкозернистая кристаллическая структура, иногда участками осложненная сферолитоподобными образованиями, гнездами более крупно- и разнозернистой структуры.

Вряде случаев устанавливаются реликты кремневых организмов — спикул губок, раковин радиолярий, а также известковых — фораминифер, иглокожих и др. (рис. 9.9).

Микроструктура нередко различна и зависит от структуры вмещающих пород. Так, в микрозернистых известняках (и меле) кремни имеют крипто- и микрокристаллическую однородную структуру. Эти кремни даже имеют собственное название — флинт (flint). В известняках первично неоднородных — органоморфных, оолитовых, детритовых, доломитизированных и т.д. — кремни неравномерно и более крупно перекристаллизованы, и характер этой неравномерности позволяет иногда восстанавливать первичную структуру породы, по которой шло окремнение, - имеются «тени», реликты первичных форменных элементов.

По источнику кремнезема кремни можно с определенной степенью условности объединить в три основные группы.

В кремнях первой группы источником кремнезема являются остатки кремневых организмов — радиолярий, губок. Как правило, эти отложения в той или иной степени глубоководные и обогащены органическим веществом. В связи с этим и кремни наследуют цвет вмещающих пород — они темные до черных за счет повышенного количества рассеянного органического материала. В диагенезе опал этих скелетов растворялся, перераспределялся, и формировались коллоидные стяжения; позднее опал кристаллизовался в халцедон и кварц. Эти конкреции обычно подчинены слоистости, иногда наследуют тонкослоистую текстуру вмещающих пород (рис. 9.10), реликты их структур и органических остатков. В этих толщах происходит и более позднее перераспределение кремнезема, когда конкреции секут слоистость и связаны с

462

Рис. 9.9. Замещение кремнеземом известняков карбона Подмосковья:

а — овальная конкреция с концентрическим внутренним строением; форма конкреции и конфигурация концентров указывают направление поступления кремнезема (показано стрелкой); в конкреции видны прекрасно сохранившиеся кальцитовые членики криноидей;

б — неправильная четырехугольная форма кремневой конкреции; отчетливо видна более темная периферическая часть и более светлая центральная с реликтами не замещенных кремнеземом члеников криноидей и обломков раковин брахиопод

секущими трещинами. Ясно, что трещины могут возникнуть только в твердой породе и приуроченные к ним кремни также более поздние — катагенетические.

463

Рис. 9.10. Кремневые конкреции в тонкослоистых доломитах.

Отчетливо видно облекание конкреций в результате постседиментационного уплотнения доломитов. Пример раннедиагенетического образования конкреций. Зарисовка пггуфа и фотография образца. Северный Кавказ. Оксфорд

Примерами окремнения такого типа является доманик востока Восточно-Европейской платформы, ряд разрезов < оксфорда Северного Кавказа. Такого же типа окременение меловых пород Днепровско-Донецкой впадины, севера Гер-

464

мании и других областей развития мела. Меловые толщи в отличие от отмеченных выше не содержат рассеянного органического вещества.

Источник кремнезема кремней второй группы также находится внутри вмещающих карбонатных толщ, но имеет неорганическое происхождение. К примеру, в доломитовой толще верхнего титона района Кисловодска обильны светлые, почти белые конкреции — жеоды, внутренние полости которых выполнены чистыми прозрачными кристаллами кварца, кальцита, иногда целестина. Одновременно в карбонатной толще имеется значительная примесь терригенного кварца. Видимо, щелочная среда карбонатного осадка способствовала растворению, хотя бы частичному, обломочного кварца и затем переотложению кремнезема. Дополнительным аргументом является то обстоятельство, что конкреции и жеоды связаны преимущественно с доломитами, рН образования которых выше, чем известняков. Именно при повышенных рН растворяется и кремнезем.

Аналогично образование конкреций при наличии пирокластического материала. Подобные конкреции описаны, например, в плейстоценовых отложениях Кении и Танзании. Механизм образования конкреций здесь несколько более сложный, через ряд промежуточных неустойчивых минералов, но конечный результат в целом такой же.

В кремнях третьей группы, типичным примером которых являются кремни подмосковного карбона, кремнезем первично практически отсутствует во вмещающих породах и приносится извне. Во время континентального перерыва терригенные толщи, в частности, юрские глины, покрывающие каменноугольные известняки и доломиты, выветриваются, воды с появившимся в результате этого растворенным кремнеземом просачиваются вниз, где в карбонатных породах кремнезем осаждается, образуя разнообразные конкрекционные формы и псевдоморфозы.

Многие кремни этой группы тем или иным способом связаны со слоистостью, поскольку проницаемость параллельно слоистости выше, чем вкрест. Вместе с тем морфология многих кремней и расположение цветных каемок внутри них отчетливо показывают пути вноса вещества (см. рис. 9.9, а). Желтые, бурые и красные цвета этих кремней связаны с наличием оксидов трехвалентного железа, что в свою очередь указывает на окислительную обстановку их образования. В этих кремнях нередки линзочки и включения неизмененных неокремнелых вмещающих пород (например, фораминифе-

465

рово-детритовых известняков), реликты фораминифер, члеников иглокожих и других организмов.

Внутри таких конкреций иногда остаются пустые полости, стенки которых инкрустированы кристалликами кварца, иногда очень чистого (горный хрусталь), нередко окрашенного гидроксидами железа в желтые и бурые цвета, а иногда даже фиолетовые — аметистовые. Другими словами, появляются жеоды.

Одной из форм такого вторичного окремнения являются псевдоморфозы по органическим остаткам. Так, встречены окремнелые колонии кораллов Lithostrotion до 1 м и более в поперечнике, окремнелые ядра крупных гастропод (рис. 9.5, б) и др. В шлифе под микроскопом можно увидеть, что общее строение кораллов — их стенки и перегородки сохраняются; иногда сохраняются и реликты карбонатного материала, а пустотки, где собственно обитали полипы, выполнены более крупнокристаллическим кварцем, по сравнению с более тонкокристаллическим, заместившим стенки.

9.2.3. КОРКОВЫЕ КРЕМНИСТЫЕ ПОРОДЫ

Кремнистые породы этой группы развиты весьма ограниченно и включают генетически различные образования.

Гейзериты [geyserite) и кремнистые туфы (siliceous sinter) — светлые пористые породы опалового состава, образуют натеки, корки, иногда тела неправильной формы, но состоящие в целом из отдельных сросшихся корочек. Воды гейзеров и горячих источников вулканических областей обычно содержат значительное количество растворенного кремнезема. Например, в водах гейзеров Исландии и Новой Зеландии содержание кремнекислоты составляет 509 — 815 мг/л. При выходе этих вод на поверхность давление резко падает, снижается температура и этот кремнезем «хемогенным» путем осаждается в виде опала, растворимость которого при температуре 25 0C составляет порядка 100 — 110 мг/л. При этом образования гейзеров называют соответственно гейзеритами, а горячих источников — кремнистыми туфами. В ископаемом состоянии их далеко не всегда удается разделить, поэтому часто используется общий термин — кремнистые туфы или их считают синонимами.

Силькреты (silcrete), или кремневые кирасы, — это вторично окремнелые в поверхностных условиях в аридном

466

климате пласты различных, обычно обломочных пород, которые образуют плотные бронирующие поверхности. Термин предложен в 1902 г. Дамплугом. Иногда их называют поверхностными кварцитами (Surface quartzites), но в отличие от настоящих кварцитов метаморфического происхождения, в них отсутствуют типичные для метаморфических образований конформные, инкорпорационные и микростилолитовые контакты зерен.

Как правило, это массивные и брекчированные текстурно неоднородные образования мощностью 1 — 2 м, иногда до 5 м, светлой или красной окраски, во многом наследующие текстуры и структуры исходных пород. Механизм их образования считается в основном инсоляционным. В условиях жаркого и сухого климата грунтовые воды подтягиваются к поверхности, где и испаряются. В аридных условиях эти воды обычно имеют повышенную щелочность, что способствует растворению кремнезема из коренных пород на пути их капиллярного подъема. При испарении воды на поверхности, содержащийся в ней кремнезем выпадает в осадок в виде пленки на частицах коренной породы, что в целом ведет к окремнению.

Не исключено, что силькреты могут формироваться в процессе химического выветривания и в условиях более влажного климата. В обстановке кислого выветривания кремнезем также переходит в растворимые формы и затем цементирует породы, образуя твердые корки.

Таким образом, в обоих случаях корковых кремнистых пород — туфах и силькретах — кремнезем поступает снизу с водами и химическим путем осаждается в поверхностных условиях. Но в первом случае его источник располагается глубоко, условно говоря, он ювенильный, так как кремнезем мобилизуется горячими водами под большим давлением и осаждается при снижении температуры и давления. Во втором случае источник кремнезема располагается неглубоко, по сути дела, им являются сами подвергающиеся окременению породы, а осаждение происходит при испарении воды, т.е. без изменения давления, а скорее, при повышении температуры.

9.3. ПРОИСХОЖДЕНИЕ КРЕМНИСТЫХ ПОРОД

Вопрос о происхождении многих пластовых кремнистых пород далек от своего разрешения. Если по по-

467

воду формирования конкреционных желваковых, а также корковых образований принципиальных разногласий, как правило, нет и основные представления рассмотрены выше, то мнения о происхождении основной массы кремнистых пород, а именно пластовых, достаточно разнообразны.

Можно отметить по крайней мере две причины такого положения. Одна из них заключается в том, что для большинства этих пород нет сколько-нибудь достоверных современных аналогов, условия и механизмы образования которых известны. Даже для таких относительно ясных по происхождению пород, как диатомиты, современные диатомовые осадки не являются прямым аналогом. Во-первых, это абсолютно разные палеогеографические области отложения — мелководные эпиконтинентальные моря для первых и глубины океана для вторых. Во-вторых, ископаемые диатомиты — весьма «чистые» породы с содержанием свободного кремнезема до 90 — 95 %, в то время как в самых «чистых» современных диатомовых осадках оно, как правило, не превышает 50 %.

Вторая причина сложности восстановления условий образований кремнистых пород заключается в том, что они имеют однородный химический состав и такие текстуры и структуры, которые не содержат сколько-нибудь важной генетической информации. Напомним, в частности, что в карбонатных породах их структура и характер органических остатков дают важные сведения о глубине, солености, гидродинамике и т.д. (см. гл. 7), в обломочных породах состав и структура обломочной части (размер, форма, отсортированность) указывают на состав источников сноса, дальность переноса, динамику среды отложения, иногда рельеф и т.д. (см. гл. 5).

В проблеме происхождения кремнистых пород можно выделить три связанных аспекта — источник кремнезема, способ осаждения и обстановки накопления кремнистых осадков.

Поскольку все пластовые кремнистые отложения — образования водные и почти исключительно морские, ясно, что кремнезем извлекается из воды, и вопрос состоит в том, как он поступает в водоемы. Один из возможных путей — внос растворенного кремнезема реками с суши. А.П. Лисицын (1978, с. 296) подсчитал абсолютные массы кремнезема, осаждающегося в современных океанах в год, — примерно 270 млн т, и вносимого реками — 452 млн т/год. Близкую последней величину — 5· 10е т/год — приводит А.П. Виноградов (1967). Эти цифры указывают, что мобилизованного на суше в результате химического выветривания и вносимого в Ми-

468

ровой океан кремнезема вполне достаточно для образования всех кремнистых осадков. Другими словами, источник кремнезема — это области суши. Определенным подтверждением этого положения является то, что в ряде случаев периоды повышенного накопления кремнистых пород соответствуют эпохам интенсивного химического выветривания на суше — появлению каолинитовых кор выветривания и вообще каолинитовых глин, бокситов, железных шамозитовых руд, олигомиктовых и мономиктовых кварцевых песчаников и т.д., т.е. продуктов глубокого химического выветривания.

В то же время ряд авторов большую роль отводит вулканогенной поставке кремнезема за счет подводных извержений, а также выносу его в процессе подводного разложения магматических пород ложа океана и пирокластики. Количественные подсчеты образуемой таким образом массы кремнезема крайне противоречивы и вряд ли могут быть аргументом для той или иной точки зрения. Значительно более весомым является факт тесной ассоциации некоторых типов кремнистых пород, в частности яшм, с подводно-вулканогенными образованиями. Кроме того, иногда устанавливается синхронность проявлений вулканизма и формирования кремнистых пород, а также пространственная близость развития вулканитов и кремнистых пород, хотя последние и не связаны с вулканическими образованиями непосредственно.

Далеко не всегда ясен механизм осаждения кремнезема из вод. Проще всего он решается для пород с биоморфной структурой — диатомитов, радиоляритов, спонголитов. Кремнезем извлекается из вод организмами для построения своих скелетов и в виде последних образует соответствующие осадки. Правда, возникает вопрос о происхождении бесструктурного опала, связывающего эти остатки в единую твердую породу, количество которого иногда весьма значительно. В еще большей степени это касается пород с абиогенной структурой — трепелов, опок, кремнистых сланцев, яшм. Тут возможны два варианта. Первый — диагенетическая деструкция легко растворимых опаловых раковинок и спикул и переотложение этого кремнезема в виде бесструктурного или микроглобулярного опала в трепелах и опоках и дальнейшая его кристаллизация в халцедон и кварц в кремнистых сланцах, фтанитах и яшмах. Второй вариант — хемогенная садка кремнезема, скорее всего, в виде опала с дальнейшей его перекристаллизацией.

Надо однако сказать, что чисто хемогенное осаждение в большинстве случаев невозможно, что было отмечено еще

469