ЛЕКЦИИ ЛИТОЛОГИЯ

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Л е к ц и я 7 ( 2 ч а с а ) .

К А Р Б О Н А Т Н Ы Е П О Р О Д Ы

Об щая хар акт е рист ика к арб онат ны х пор од

Определение: Карбонатные породы (карбонатолиты) – осадочные образования, более чем на 50% состоящие из карбонатных минералов – кальцита,

арагонита, доломита, сидерита, магнезита, анкерита и др. (Фролов В.Т., 1993).

Цвет – чаще всего белый и светло-серый, примесь железа дает красный и розовый, а примесь органического вещества – темно-серый и черный.

Кл ас сиф ик аци я кар бо нат н ы х п оро д

Основная классификация проводится по минеральному составу:

1)известняки – кальцит или арагонит (редко);

2)доломиты;

3)сидериты;

4)магнезиты;

5)анкериты;

6)родохрозиты.

Изв ест няк и

Осн овн ы е ст рукт у рн ы е компон ент ы

Основными компонентами современных карбонатов и древних известняков являются: зерна (аллохемы), ил (микрит), цемент и реже терригенные зерна.

Карбонатные зерна подразделяются на биогенные и абиогенные.

Биогенные зерна можно подразделить на цельноскелетные и биокласты

(обломки скелетов). Преобладающая часть карбонатных частиц образуется из твердых частей скелетов беспозвоночных известковых организмов. Организмы могут образовывать свои твердые карбонатные скелеты из арагонита, низкомагнезиального и высокомагнезиального кальцита.

39

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

Оолиты и онколиты. Оолиты представляют собой сферические или слегка яйцеобразные округлые карбонатные частицы, обладающие ядром из обломочного материала и имеющие концентрическую слоистую оболочку из арагонита или высокомагнезиального кальцита. Оолиты размером более 2 мм называют пизолитами.

Рис. Оолиты под микроскопом

Онколиты – овальные карбонатные образования. Как и оолиты, они имеют ядро из обломочного материала и концентрическую слоистую оболочку. От оолитов отличаются невыдержанностью слоев и несколько большими размерами. Их образование связывают с деятельностью цианобактерий (сине-зеленых водорослей).

Рис. Схема строения оолита и онколита

Пеллеты и пелоиды. Большое количество моллюсков (главным образом гастропод и двустворок), червей и ракообразных пропускают через себя обогащенные органическим веществом илы для того, чтобы извлечь необходимые питательные вещества. Использованный ил выбрасывается в виде яйцеобразных фекальных пеллет

размером от 0,1 до 3 мм в длину и от 0,05 до 1 мм в ширину. В древних карбонатных породах фекальные пеллеты трудно отличить от аморфных комков, образовавшихся

40

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

при микритизации раковин и других зерен. Поэтому для обозначения любой бесструктурной яйцеобразной микритовой частицы, пока ее генезис не установлен,

лучше всего использовать термин пелоид.

Интракласты и литокласты. Это обломки полузатвердевшего ила либо полностью сцементированных карбонатных и глинисто-карбонатных пород. Первые из них образуются непосредственно в бассейне осадконакопления, вторые могут быть также принесенными издалека (экстракластами).

Карбонатный ил (микрит). Многие из современных накоплений карбоната в шельфовых обстановках содержат ил (частицы размером менее 60 мкм), который является в основном результатом дезинтеграции скелетных компонентов сверлящими микроорганизмами и путем механического истирания в зоне волнений. Часть микритовых частиц образуется путем непосредственной кристаллизации арагонита из морской воды.

Цемент представляет собой кристаллический агрегат кальцита. В отличие от обломочных и глинистых пород, которые долгое время могут оставаться рыхлыми,

карбонатные осадки подвержены ранней цементации, так как карбонат кальция легко растворяется и отлагается из растворов.

Кл асси фикация из вест н я ков.

Классификация известняков основана на соотношении вышеперечисленных структурных компонентов.

Классификаций существует несколько. Отечественные литологи выделяют следующие главные классы и виды:

1.Известняки биоморфные цельноскелетные – коралловые, мшанковые, водорослевые, брахиоподовые, двустворковые, остракодовые, фораминиферовые и др.

2.Известняки биоморфно-детритовые, сложенные более чем на 50% осколками скелетных остатков – брахиоподовые, мшанковые, криноидные, полидетритовые.

3.Известняки биоморфные пелоидные, состоящие более чем на 50% из пеллет, копролитов и подобных им комковатых частиц.

4.Известняки сфероагрегатные – оолитовые, пизолитовые, сферолитовые.

5.Известняки обломочные. Подразделяются на виды в соответствии с формой и размерами кластических зерен – наподобие классификации

41

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

пород обломочных, т.е. со структурами: брекчиевыми, конгломератовыми, дресвяными, гравийными, песчаными, алевритовыми и пелитовыми.

6.Известняки кристаллически-зернистые, или криптогенные (т.е. неясного генезиса, вторично перекристаллизованные – вплоть до превращения их в мраморы).

Классификация Р.Х. Данхэма (1962) учитывает энергетический уровень среды.

Все известняки разделены на две большие группы: в первой группе первичные структуры не распознаются вследствие их полной перекристаллизации; ко второй группе отнесены породы с распознаваемыми первично-осадочными структурами.

Вторая группа далее разделена на: 1) породы, у которых первичные компоненты были скреплены во время седиментации (баундстоун), и 2) породы, у которых компоненты не были скрепленными во время их накопления. Последние включают четыре типа: 1)

породы, у которых зерна (биогенные, обломочные, пеллетовые или оолитовые)

опираются друг на друга, а между ними отсутствует иловый матрикс – грейнстоун, 2)

такие же породы, но с микритовым матриксом в порах, – пакстоун, 3) породы, в

которых зерна в количестве более 10% взвешены в микритовом матриксе – вакстоун, 4)

микритовые (илистые) отложения с примесями биогенных, обломочных, пеллетовых или оолитовых зерен в количествах менее 10 % – мадстоун.

Рис. Классификация известняков Р.Х. Данхэма (1962)

Эта схема очень популярна у зарубежных исследователей и все шире используется отечественными геологами.

Постседиментационные преобразования. В известняках широко развиты процессы доломитизации, загипсования либо ангидритизации, а также окремнения.

42

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

Усл ови я образ ован ия из вест н я ков

Вотличие от обломочных зерен частицы карбоната кальция обычно образуются

всамом водоеме осаждения и, как правило, имеют морское происхождение.

Можно выделить три группы карбонатных осадков:

в) Шельфовые карбонаты умеренных зон распространены широко и являются сугубо биогенными.

б) Шельфовые карбонаты тропической и субтропической зон. Среди карбонатов преобладают биогенные, однако в ряде мест важную роль играет неорганически осажденный (хемогенный) СаСО3.

а) Океанические биогенные пелагические карбонаты. Широко распространены в океанах (за исключением северной части Тихого океана, Арктики и Антарктиды). Эти биогенные карбонатные илы накапливаются на глубинах, не превышающих 3,5-5 км.

Карбонатная седиментация на шельфе контролируется температурой,

соленостью, балансом СО2, глубиной воды, местным режимом течений,

проникновением света, эффективной продолжительностью дня, характером субстрата,

мутностью воды. Однако в глобальном масштабе главнейшими контролирующими факторами являются температура и соленость.

43

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин Литология. Конспект лекций

Рис. . Распространение современных карбонатных осадков

Вопросы для самопроверки.

1.Какие породы относятся к группе карбонатных?

2.Какие минералы карбонатных пород являются породообразующими?

3.Классификация карбонатных пород.

4.Основные структурные компоненты известняков.

5.Классификация известняков.

6.Каковы происхождение и геологическое распространение известняков?

Л е кц ия 8 ( 2 ч а са ) .

До ло мит ы

Доломиты – породы, более чем на 50% сложенные минералом доломитом

CaMg(CO3)2

По структуре доломиты подразделяются на яснозернистые и пелитоморфные.

Среди первых можно выделить кристаллически-зернистые, биоморфные (реликтовые),

обломочные (брекчиевидные) и др.

В проблеме происхождения много неясных вопросов, в том числе:

44

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

1)почему в древних толщах доломитов много, а современные доломиты редки?

2)почему в морской воде отношение Ca2+ к Mg2+ равно 5,7, а доломит из морской воды не осаждается?

Неспособность доломита к выпадению в осадок из морской воды объясняется трудностями кристаллизации. Доломит имеет весьма упорядоченную кристаллическую решетку, поэтому для возникновения его в условиях низких температур необходимо очень много времени. В экспериментах выпадение в осадок минералогически совершенного доломита происходит только при температуре 200°C

Были предложены три основных способа образования доломита в природе:

1. «Эвапоритовая модель остаточного рассола». В засушливом климате из поровых вод вначале осаждается гипс или ангидрит. В результате отношение Mg2+/Ca2+

превышает 10. Арагонит замещается протодоломитом, который затем перекристаллизовывается в доломит.

2.Модель смешения грунтовых вод с солеными на границе море/суша или в лагунах. Смешение пресных метеорных вод с 5—30% морской воды приводит к недонасыщению раствора в отношении кальцита при росте насыщения доломитом.

3.Глубинная катагенетическая доломитизация

Ионный радиус Mg2+ меньше, чем у Са2+. Объем вещества при доломитизации уменьшается. Это улучшает породные коллекторские свойства. Стопроцентная доломитизация известняка повышает его пористость на 12 %.

С и д ер и т ы

Сидериты — породы, сложенные в основном одноименными минералами FeCO3

либо родственными им сидероплезитами (FeCO3 > 80 %, MgCO3 — до 20 %); иногда с примесью кристаллов анкерита Ca(Fe,Mg)(CO3)2. Они образуют конкреционные стяжения в глинах, аргиллитах и алевролитах, иногда в песчаниках и углях. Обычно содержат примеси глинистых частиц, обломков кварца и силикатных минералов алевритовой размерности, фрагментов углефицированного и тонкодисперсного органического вещества, пирита и других сульфидов.

45

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

Структура сидеритов чаще всего пелитоморфная, реже — яснозернистая. На свежем сколе сидериты имеют стально-серый цвет. Однако на поверхности обнажений сидерит покрывается тончайшими пленками оксидов Fe3+, а потому выглядит окрашенным в охристые или красно-бурые тона.

В большинстве своем сидеритовые конкреции и конкреционные тела образовывались в глеевой (т.е. без H2S) обстановке. Такая обстановка создается обилием органического вещества, захороненного в глинистых или глинисто-

терригенных илах.

М а г н ез и т ы

Магнезиты — породы с кристаллически-зернистыми структурами, образованные агрегатами одноименного минерала MgCO3. В большинстве своем имеют

постседиментационный генезис. Магнезиты рифейского возраста Южно-Уральского месторождения Сатка и других подобных объектов возникли за счет преобразования доломитов при позднем катагенезе.

М ангано лит ы

Карбонаты марганца – родохрозиты МnСO3 – часто кальциевые (МnСа)СО3,

олигониты (MnFe)CO3 и манганокальциты (СаМn)СО3 – бесцветные или розоватые,

часто с черными дендритами и пятнами окислов марганца, пелитоморфные землистые и сферолитовые, оолитовые и пизолитовые, слагают пласты мощностью обычно менее

1 м или до 2—3 м. Залегают среди кремневых, например спонголитовых, пород и с приближением к берегу сменяются окисными манганолитами.

М ерге ли

Смешанные карбонатно-глинистые и глинисто-карбонатные породы развиты широко. К мергелям относят смеси, содержащие карбонатного вещества (известкового либо доломитового) от 75 до 25%. Это пелитоморфные мягкие или твердые породы с землистым изломом, окрашенные в светлые тона серого цвета с желтоватым,

зеленоватым или розоватым оттенком, иногда они темносерые; в красноцветных толщах яркоокрашенные. Карбонатная часть представлена в мергелях пелитоморфным или микрозернистым кальцитом или доломитом, иногда обоими минералами.

46

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

В зависимости от породообразующего карбонатного минерала выделяют мергели (известковые) и доломитовые мергели. Прилагательное «известковый» обычно не употребляется, так как такие мергели встречаются значительно чаще.

Некарбонатная часть сложена главным образом глинистыми минералами

(каолинит, гидрослюда, монтмориллонит); в доломитовых мергелях иногда – магнезиальным хлоритом. Кремнезем в мергелях бывает представлен мельчайшими (не больше 0,01 мм) опаловыми глобулями. В качестве примеси присутствуют обломочные зерна алевритовой размерности кварца, полевых шпатов, слюды, акцессорных минералов. Отмечаются аутигенные глауконит, барит, цеолиты, мельчайшие, часто сферические зерна пирита и марказита. В доломитовых мергелях встречаются кристаллики гипса, ангидрита, целестина и флюорита. Окислы и гидроокислы железа придают породе желтоватые и красноватые оттенки. Иногда присутствует органическое и углистое вещество. Мергели образуются в морских бассейнах (включая континентальный склон и большие глубины), лагунах и пресноводных озерах. Условия их образования – одновременное поступление глинистого и карбонатного материала при ограниченном поступлении обломочного (алевритового).

Практ и ч еск ое зна ч ени е

Все карбонатные породы — полезные ископаемые

Известняки – удобрение, стройматериалы, сырье для производства извести,

цемента, флюс в металлургии, литографский камень в печатном деле, писчий мел;

широко применяются в сахарной, химической, текстильной, бумажной, кожевенной,

парфюмерной и другой промышленности.

Доломиты во многом применяются там же, где и известняки, но служат также и для получения магния, огнеупоров, в том числе и огнеупорной одежды.

Сидериты – железная руда, утяжелитель для приготовления буровых глиняных

растворов.

Магнезиты – сырье для получения магния и огнеупоров.

Родохрозиты — основная руда на марганец.

47

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Р.А. Щеколдин

Литология. Конспект лекций

Мергели широко применяются в цементной промышленности. С ними бывают связаны промышленные типы сплошных и вкрапленных антимонитовых руд, а также линзы и пластообразные залежи целестина. Мел относится к мягким абразивам,

используется в лакокрасочной промышленности, для фильтров и очистителей, в

качестве наполнителя при производстве резины и бумаги.

Вопросы для самопроверки.

1.Каковы структурные типы доломитов?

2.Каковы основные гипотезы происхождения доломитов?

3.Как сказывается доломитизация на пористости пород?

4.Каковы основные минералы сидеритов?

5.Каково происхождение сидеритов?

6.Каково происхождение магнезитов?

7.Каковы основные минералы манганолитов?

8.Какие породы относятся к мергелям?

9.Каково практическое значение карбонатных пород?

Л е к ц и я 9 ( 2 ч а с а ) .

К Р Е М Н И С Т Ы Е П О Р О Д Ы

Об щая хар акт е рист ика к ре мни ст ы х поро д

Кремнистыми (или силицитолитами) именуются породы, более чем на 50%

состоящие из минералов группы оксидов кремния — опала, кристобалита, тридимита,

халцедона и развивающегося по ним кристаллически-зернистого кварца.

(Япаскурт О.В., 2008). К данной группе не принадлежат кварцевые алевролиты,

песчаники, гравелиты и конгломераты – это обломочные породы – и кварциты – образования метаморфические.

Кремневые породы по своей распространенности занимают 4-е место после карбонатных (1,5—2% всего осадочного материала).

48