 |
Структуры осадочных пород по соотношениям зерен
|
|
|
|
Структуры осадочных пород
Структура - важнейшая характеристика породы, выражающая ее зернистость (см. Фролов, 1992, стр 22,88). Надо сначала подразделить породы на визуально зернистые и незернистые, "однородные". У яснозернистых отмечаются все стороны структуры: диапазон размеров зерен (от крупногo до самогo мелкоro видимогo), размер преобладающих преобладающей фракции зерен, степень равно- или разнозернистости, форма зерен и их соотношение (конформное или неконформное), если видно. Поскольку предел разрешения глазом около 0,05 мм (по другим данным - 0,1 мм), то визуально фиксируют этот размер (естественно, если такие зерна имеются в породе), а о более тонких фракциях породы или веществе гoворят в возможной форме. По преобладающему размеру называют породу, например, "среднезернистой". Если порода настолько разнозерниста, что преобладающую фракцию нельзя выделить, породу так и называют " разнозернистой ". По мере увеличения содержания преобладающей фракции возрастает и степень сортировки от плохой и средней к хорошей и очень хорошей или степень равнозернистости.
Структуры осадочных пород по соотношениям зерен
| Конформнозернистые | Неконформнозернистые |
| гипидиоморфнозернистая | Цельноскелетные биоморфные: а) раковинные, или ракушняковые, б) биогeрмные и др. |
| гипидиогpанобластовая | Шаро- или сфероагpeгатные: а) оолитовая, б) сферолитовая, в) пизолитовая, г) бобовая, д) онколитовая, е) конкреционная, ж) желваковая, 3) копролитовая, и) окатышевая, к) сгyстковая, л) комковатая и др. |
| гранобластовая, лепидобластовая, фибро- (или немато-) бластовая | Обломочная, или кластическая: а) кристаллокластическая, б) литокластическая, в) витрокластическая, г) биокластическая |
| Механоконформнозернистая |
|
|
|
Осадочные породы имеют структуры, отличные от магматических. Большая масса этих пород — породы обломочные, структура их кластическая, т.е. порода состоит большей частью из обломков отдельных минералов или даже пород.
К органическим осадочным породам кластического же происхождения применяются те же структурные обозначения, а в химических осадках, по самому способу их происхождения, могут получиться структуры и кластического характера, и аналогичные структурам пород метаморфических, и частично также изверженных.
В осадочных породах нередки порфировые структуры: на фоне относительно микрозернистой или даже пелитоморфной массы выделяются крупные зерна (не больше 30-35%) - раковины, гальки или кристаллы, нередко идиоморфные. В последнем случае неправильно всегда делать вывод о их самом раннем выдлении: они могут быть и самыми последними в генерациях минералов, если минерал обладает большой кристаллизационной силой, например доломит в кальцитовой основной массе
Визуально незернистые породы называются пелитоморфными, если они землисты, т.е. глиноподобны (трепела, опоки, мергели, алевролиты и т.д.), или афанитовыми, если они стекловаты, как обсидиан (яшмы, кремни, некоторые фарфоровидные известняки, фосфориты и др.).
Различают три или четыре типа конформных структур (см. табл.1).
Рис. 1. Структуры осадочных пород по соотношению зерен:
1-3 - конформнозернистые и 4-6 - неконформнозернистые структуры: 1a - гипидиоморфная, 1б - гипидиобластовая с элементами биоморфной, 2а, 2б, 2в - гpaнo-, лепидо- и нематобластовые; 3 - механоконформная; 4 - обломочная, или кластическая; 5 - биоморфная раковинная; 6 - сфероагpeгатная, например оолитовая
1. Гипидиоморфная (рис.1, 1а), в которой зернами являются кристаллы, последовательность выделения которых выражается их степенью идиоморфизма: ранние более идиоморфны, поздние приспосабливаются к промежуткам; образуется при кристаллизации из раствора, т.е. первично, подобно тому, как это происходит при кристаллизации из расплавов (граниты, габбро и др.).
|
|
|
2. Гипидиобластовая (рис.1, 1б) внешне похожа на гипидиоморфную, но существенно отличается происхождением: она не первична, а вторична, возникает при метасоматозе или перераспределении вещества в твердой породе, например при доломитизации известняков. Доломит, обладая большей кристаллизационной силой по сравнению с кальцитом, способен образовать свою ромбоэдрическую форму даже в твердой, известковой породе, как бы раздвинуть или уничтожить кристаллы кальцита. Эта структура является промежуточной между гипидиоморфной и гранобластовой.
3. Гранобластовая (рис.1, 2а), а в случае листоватой или волокнистой формы кристаллов - лепuдобластовая (рис.1, 2б) и фuбробластовая (нематобластовая, рис.1, 2в). Кристаллы не идиоморфны, а неправильны. Они образуются при бластезе - росте кристаллов в твердой породе, при раскристаллизации аморфногo вещества или перекристаллизации кремневых, карбонатных, глинистых и других пород. Структура, таким образом, вторична. Она также свойственна всем метаморфическим породам: гнейсам, сланцам, амфиболитам и т.д.
4. Механоконформная (рис.1, 3), возникает при механическом приспособлении зерен друг к другу под давлением вышележащих слоев или стрессовым: более пластичные и менее крепкие зерна (слюды, обломки глин, сланцев, известняковв и т.д.) приспосабливаются к прочным (кварц, часто плагиоклазы, обломки кварцитов, кремней и др.), обжимаются вокруг них, прилегая плотно, без промежутков; прочные зерна часто вдавливаются в пластичные. Часто эти структуры конформны не полностью, так как степень механическогo приспособления бывает разной, варьирующей от 0 до 100%. Развивается структура по обломочной, раковинной и сфероагpегатной, реликты которых четко просматриваются.
Неконформнозернистые структуры характеризуются несоответствием контуров у соседних зерен, и последние не заполняют полностью пространство, часть eгo остается пустым (это пористость породы) или позже заполняется цементом. Каждое зерно индивидуально, идиоморфно, зерна не приспособлены друг к другу, и в породе возможно сближение зерен при уплотнении или перекристаллизации, при которых развиваются уже конформнозернистые структуры, стирающие первичные. В зависимости от формы и, следовательно, от способа образования зерен различают три основных типа неконформных структур.
|
|
|
1. Цельноскелетные биоморфные структуры - раковинные, или ракушняковые (структурными элементами - зернами - являютcя раковины), и биогeрмные - коралловые, строматолитовые и др., кoгдa захороняются скелеты обычно прикрепляющихся организмов (рис.1, 5).
2. Сфероaгрегатные (рис.1, 6), и примыкающие к ним многoчисленные структуры в основном химическогo и биологическогo происхождения, когда структурными элементами служат обычно сферические тела - aгpeгaты мелких кристалликов или аморфные образования, сохраняющие свою первичную форму: оолитовая, бобовая, конкреционная, желваковая, окатышевая и т.д. Они широко распространены в карбонатных, фосфатных, алюминиевых, железных, марганцевых и других породах.
3. Обломочные, или кластические, структуры (рис.1, 4): породы сложены обломками кристаллов, стекла, пород, органических остатков, т.е. имеют соответственно кристалло-, витро-, лито- и биокластическую структуру. Последняя нередко называется оргaногeнно-обломочной или органогeнно-детритовой. То, что зерна - обломки, видно по их контурам, которые представляют поверхности дробления с одной или разных сторон, первично целостногo кристалла, оолита, раковины или вулканическогo стекла. Обломочные структуры свойственны всем обломочным породам, большинству глинистых и фосфоритовых, многим карбонатным, бокситовым, эффузивным и дрyгим породам. Это самые распространенные осадочные структуры: ими обладают 60-70% осадочных пород или больше.
Размер зерен для обломочных пород - первостепенная сторона структуры. По размеру зерна все структуры, как и породы, прежде всего делятся на три группы: яснозернистые (зерно которых видно не вооруженным глазом), и визуально воспринимаемые как сплошные, бесструктурные: скрытозернистые и незернистые, что и обозначается соответственно: пелитоморфные, т.е. глиноподобные, землистые (например, мергели, опоки, диатомиты), и афанитовые - стекловатые по виду (обсидианы, кремни, яшмы).
|
|
|
Главное значение в связи с процессами образования обломочных пород имеет величина обломков; поэтому различают кластические структуры:
· грубообломочные (ранее называли псефитовые, от др.-греч. psefos — камешек, голыш, галька), с величиной зерна больше 2 или 2,5 мм;
· среднеобломочные (псаммитовые, от psammos — песок, с величиной зерна от 2,5 (2,0) до 0,05 (0,1) мм (для уточнения вместо этого термина используют: грубо-, средне-, мелкозернистые и т.д.) и
· мелкообломочные, или пелитовые (pelos— глина) — зерна размером менее 0,05 (0,1) мм.
Граница между последними 0,05 мм - предел разрешения глазом зернистости. С этой границей совпадает скачок свойств и в породах: в более тонких осадках появляется связность, резко подскакивает высота капиллярного поднятия и т.д. Естественное обоснование имеет и граница 2 мм: более крупные обломочные породы практически только литокластические, т.е. состоящие из обломков пород, а более мелкие чаще бывают кристаллокластическими, т.е. состоящими из обломков минералов.
Граница 0,0001 мм (или 0,0002 мм) также естественна, так как отмечает верхний предел коллоидных растворов, не подчиняющихся силе тяжести, имеющих один заряд для всех частиц, снятие которых вызывает коагуляцию коллоидногo раствора и осаждение. Это и предел разрешения световогo микроскопа, так как размер коллоидных частиц меньше половины длины световой волны. Некоторое обоснование раздела гравия и галек в 10 мм приводит Л.Б. Рухин (1969). Верхний предел галек (10 см) принимается без обоснования, а иногда егo отодвигают до 20 см.
Важно отмечать габитус, или облик зерна: волокнистый, листоватый, уплощенный, призматический, кубический и т.д. Свою форму имеют и сохраняют или утрачивают не только кристаллы, но и раковины, сфероагрегаты, даже обломки пород и стекла. Описываются и все искажения или невыраженности идиоморфности: неправильность (в гранобластовых структурах), ксеноморфность (у псевдоморфоз, заполняющих объем замещенногo кристалла). Обычно выдляют зерна четырех типов:
- изометричные, когда три поперечника зерна примерно равны между собой, или наибольший не превышает наименьший более чем в 1,5 раза;
- удлиненные, когда два поперечника примерно равны между собой, а третий превышаer их более чем в 1,5 раза;
- уплощенные, когда один из поперечников заметно (более чем в 1,5 раза) меньше двух остальных (разновидность - листоватые);
- удлиненно-уплощенные, промежуточные между вторым и третьим типами.
Из вторичных изменений формы наиболее важны окатанность и регенерированность, а также изменение формы при перекристаллизации. Окатанность оценивают по тpex- или пятибалльной шкале и нередко выражают в процентах. Зерна мельче 0,05 мм практически никогда не окатываются, так как переносятся чаще вceгo во взвешенном состоянии.
|
|
|
Текстуры горных пород
Текстуры, как и структуры, можно рассматривать отдельно для каждого из классов пород, но в таком случае будет довольно много повторяющегося текста. Поэтому я предпринял попытку объединить рассмотрение текстур в единый текст, уточняя по месту характерность тех или иных для определенных классов. Стало любопытно, что из этого получится.
Текстура - расположение зерен в породе - полнее всего изучается в обнажении, менее полно - в керне буровых скважин и в образцах. Текстура определяет не только многие физические свойства породы - проницаемость, крепость и раскалываемость, т.е. является самым выразительным признаком физической анизотропии породы, но и важнейшие генетические признаки, позволяющие восстанавливать динамику среды (воздушной или водной) - ее активность, характер движения (течения, волнения), eгo силу, направление и т.д. [см. Фролов, 1992]
Текстуры осадочных и вулканических пород подразделяются на поверхностные, присущие поверхностям напластования и объемные, слагающие весь объем породы. Примеры поверхностных текстур - канатные лавы, знаки ряби, трещины усыхания и т.д. После захоронения под следующим слоем осадка они могут переходить в части объемных текстур (волнистая и косая слоистость). Здесь рассматриваются только объемные текстуры. По той причине, что студенты по нашему учебному плану сначала сталкиваются с образцами пород в аудитории, а уже потом, на практике - в обнажении. И для учебных целей важнее именно объемные текстуры, которые можно наблюдать в отдельно взятых образцах.
Текстуры осадочных пород
Внутренние текстуры, присущие всему объему породы, делятся на неслоистые и слоистые Описываются форма слоистости, ее размер, степень выраженности (ритмичной сортировкой материалов, цветом, включениями или иным способом). Часто текстура лучше видна на выветрелой поверхности, которая вообще в осадочных породах изучается весьма детально. Нередко в грубообломочных породах флювиальный (или потоковый) характер движения воды выражен черепитчатым перекрытием гальками друг друга, что позволяет определять направление течения: поверхность галек наклонена против течения.
Рис. 2. Основные типы слоистости осадочных пород: а-б - косая однонаправленная, с прямыми (а) и вогнутыми (б) слойками и с параллельными серийными швами; в - косая разнонаправленная с клиновидными прямолинейными швами; г-е косоволнистая (с волнистыми ceрийными швами) однонаправленная (г), разнонаправленная (д), крупная и мелкая (е); ж-и - волнистая крупная, или мульдоо6разная (ж), мелкая волнистая в основном с симметричной волной (з, показаны две серии) и с асимметричной волной и оползневыми складками (и); к-м - гoризонтальная волнистая (гoризонтально-волнистая, (к), полого косая (косогоризонтальная, л) и cтpoгo гoризонтальная непрерывная и прерывистая (м)
Рис. 3. Градационная слоистость: а - нормальная (прямая гpaдационность); б - перевернутая, или инверсионная (обратная гpадационность); в - симметричная
Рис. 4. Текстуры наложенные ранние сингeнетичные (а-д), диагeнетичные (е,ж), катагeнетичные (з-к), гипергeнные (л) и метаморфические (м): а - комковатая, или кучерявая (результат проникновения корней растений); б - взмучивания, или темпеститовая (штормовая); в - подводно-оползневая и coлифлюкционная (направление оползания - справа налево); г - блюдцеобразная (следы мaccoвoгo выжимания воды); д - элювиальная (твердое дно, или панцирь); е - скорлуповатая, колломорфная (одновременно это и структура); ж - конкреционная, или концентрически-слоистая; з - фунтиковая, или "конус в конусе"; и - стилолитовая в известняках; к - замещения (со стороны вepxнeгo левoгo угла, например окремнение); л - кольца Лизегангa, подчиненные трещинами отдельности в песчаниках; м - сланцевая, на крыльях изоклинальной складки параллельная слоистости, а в замках перпендикулярная ей
Часто оценивают в поле степень сгруженности материала у крупно- и грубообломочных пород: опираются ли гальки, раковины и другие механически перемещенные компоненты друг на друга (хорошо сгружены) или они не касаются друг друга и отстоят на каком-то расстоянии (не сгружены). Последнее чаще вcero отвечает лавинному накоплению отложений: пролювию, турбидитам, коллювию, туфам и др. Часто важно констатировать: есть ли гальки, находящиеся в вертикальном положении и не опирающиеся на другие, - это признак отсутствия переноса постоянным течением, речным или морским; течение могло быть только пролювиальным или подводным грязекаменным, т.е. спазматическим.
Слоистостью называют анизотропную текстуру, возникающую в процессе накопления осадка при изменении материала в вертикальном, точнее в перпендикулярном поверхности напластования направлении или при параллельном расположении уплощенных компонентов осадка, обозначающем поверхность напластования. Слой, или пласт, - геологическое тело плоской (плащеобразной) формы, сложенное более или менее однородной породой, ограниченное сверху и снизу поверхностями напластования. Слоистость – это анизотропная седиментогенная текстура, отражающая перемещение в пространстве поверхности наслоения.
| Классификация текстур осадочных пород | |
| А. Текстуры внутренние, присущие всему объему породы. | Б. Текстуры поверхностей слоев. |
I. Текстуры наслоения, формирующиеся одновременно с седиментацией.
| I. Текстуры кровли.
|
Горизонтальная слоистость образуется при гoризонтальном положении ровной поверхности наслоения. Поэтому совершенно неправильно называть ее "параллельной" слоистостью, что не выражает главной ее стороны, ее сущности, а кроме тогo, параллельной бывает и волнистая и косая слоистости. Горизонтальная слоистость, несмотря на ее общую простоту, морфологически и динамически весьма разнообразна. Наиболее распространены градационная (рис. 3), прослоевая, переслаивательная ее разновидности, а также те ее виды, которые выражены смeной окраски и включениями, расположенными параллельно поверхности напластования. Градационная гoризонтальная слоистость (рис. 3, а) образуется при достаточной толщине слоя воды (т.е. достаточной eгo глубоководности) и массовой подаче в верхние слои воды (во всяком случае не в придонные) разнозерниcтогo осадочноro материала любогo состава. Этот материал, опускаясь на дно, по пути рассортировывается: тяжелые и крупные, а также изометричные, частицы, обгoняя мелкие, легкие и плоские, отложатся первыми и образуют базальный слой rpaдaционной серии пород - многocлоя, а более мелкие будут постепенно сменять его вверх по разрезу, пока не осядет пелитовый материал.
Прослоевая горизонтальная слоистость выражена прослоями породы, чем-то отличной от основной, будь то глинистые примазки или микрослоечки алеврита или песка в глине и т.п., а также микрослоечки планктонных форм. Пока прослойки явно подчиненные, они не нарушают монопородности слоя. Но с определенного значения толщины прослоя можно говорить уже о переслаивании разных пород, и слоистость становится уже переслаивательной, означающей переход от текстуры породы к текстуре толщи. Она часто контрастная по цвету, например, темносepыe глины чередуются со светлыми песками. Горизонтальная слоистость, выраженная сменой окраски, встречается часто, но может быть принята за вторичную. Нередко она вообще выявляется только на поверхности выветривания.
Очень часто гoризонтальная слоистость выражается только включениями галек, обрывками глинистых слойков, цепочками раковин или конкреций и другими включениями. В гoрном аллювии часто гальки уложены в прослой черепитчато, с наклоном их против течения.
Наряду с вертикальным разрезом слоя, на котором видны внутренние текстуры, включая и биогенные - ихнитолитовые, или биотурбитовые, фунтиковые, кольца Лизеганга и др., - тщательно изучают текстуры поверхностей пластов. На подошве фиксируют валики и бугoрки - биоглифы (следы ползания живых организмов и др.), механоглифы (следы размыва, царапин, внедрения и т.д.) и постседиментационные разрывы, а на кровле - знаки ряби волнения, течения, трещины усыхания, следы ползания и зарывания и т.д. Описываются форма, размеры (высота, ширина, длина), cтeпень асимметрии ряби, частота, сочетания с другими знаками и с внутренними текстурами (рябь и косоволнистая или волнистая слоистость, следы ползания и биотурбитовая текстура и т.д.) и направление знака, свидетельствующее о направлении течения.
Неслоистые текстуры также по возможности объясняются генетически: первичны ли они или вторичны (биотурбации, как в писчем меле, физико-химические процессы выветривания и т.д.). В последнем случае тщательно ищутся реликтовые первичные текстуры, не до конца переработанные вторичными процессами.
Текстуры «сингенетические деформации», «конволютные деформации», «знаки стекания» и др. Морфология их характеризуется большой сложностью. Они представляют собой систему мелких прихотливых, нередко опрокинутых в одну сторону изоклинальных складочек (рис. 1.74,1.75), среди которых наблюдаются и разрывы слойков в виде мельчайших сбросов, и обрывки микрослоистой породы, придающие слою на отдельных участках вид брекчий. Чтобы понять генезис таких текстур, важно не только внимательно описывать и зарисовывать их морфологию, но и обязательно выяснять взаимоотношения смятой породы с выше- и нижележащими слоями. Как правило, при оползневых деформациях верхняя и нижняя границы нарушенного слоя бывают прямолинейными и относительно ровными; к основанию пласта деформации постепенно затухают. Если своды складочек деформированной породы у верхнего контакта слоя размыты или слойки вышележащего осадка подходят к ним впритык и слегка облекют их, то, очевидно, смятие осадка предшествовало отложению верхнего слоя и, следовательно, происходило на дне в результате оползания грунта. Если же этого не наблюдается и складочки постепенно затухают, то некоторые исследователи предполагают, что смятие происходило после перекрытия данного слоя другим осадком (таким образом, деформации слоя могли быть вызваны неодинаковым уплотнением осадков при диагенезе).
Сингенетические деформации чаще всего наблюдаются в алевритовых или других подобных им по зернистости породах. Возможно, это обусловлено способностью алевритов, с одной стороны, образовывать «плывуны», а с другой — быстро «схватываться» при быстрой потере влаги.
Сходство морфологии сингенетических деформаций с морфологией текстур, возникающих при подводном оползании рыхлых осадков, позволило связать образование с процессами скольжения осадков по наклонному дну. При определенных условиях (преобладание среди осадков алевритов, наличие послойно распределенного органического вещества, пластичных глинистых прослоек или тонкого чередования глины и песка) такое скольжение может начаться при очень небольшом (1-2°) наклоне поверхности дна; чем круче склон, тем легче может развиваться это явление. Возможно, что возникновение сингенетических деформаций связано не только с наличием уклона дна, но и с сейсмической активностью района.
Со следами подводно-оползневых деформаций часто ассоциируют разнообразные нептунические (осадочные, кластические) дайки. Как правило, подобные образования указывают на то, что породы, вмещающие дайки, во время их образования были уже в определенной мере литифицированы (способность к образованию трещин указывает на это вполне определенно). Так как поверхностные (донные) осадки в это же время литифицированы еще не были и обладали текучестью и подвижностью, они обладали способностью втекать в трещины в подстилающих осадках. Осадочные дайки могут возникать и вследствие внедрения или вдавливания в ослабленные участки пришедшего в состояние плывуна (разжиженного) алевритово-песчаного или карбонатного материала. Внедрение (инъекция) подобного материала под давлением вышележащих осадков могло происходить и вверх, вплоть до выхода на дно водоема (Маслов, 2005).
|
|
|
