Классификация осадочных пород

По мнению Д.Л.Степанова и М.С.Месежникова (1979, с. 70), «несмотря на то, что геологи всех стран широко используют в своей практике такие термины, как известняки, пески, глины и т. п., и более или менее однозначно их понимают, общепринятой классификации осадочных пород до сих пор не существует. Это обстоятельство в первую очередь определяется разнообразием критериев, которые должны быть учтены при классификации осадочных пород. Действительно, существуют классификации, основанные на составе пород, их происхождении, способе отложения, степени уплотнения, структурных и текстурных особенностях и т. д. Существенной особенностью осадочных пород является то, что по главнейшим своим параметрам—минеральному и химическому составу и структуре — они, как правило, не образуют обо-собленные классы, но, напротив, являются смесью компонентов различных по своему составу и гранулометрии».

В отчественной литературе выделяются три основные группы осадочных пород: обломочные (включая пирокластические), глинистые и химические (включая органогенные). Американские литологи присоединяют глинистые породы к обломочным и различают кластические (экзогенные) и некластические (эндогенные) породы.

Для классификации обломочных и глинистых пород большое значение имеют размеры обломков и глинистых частиц, а также минеральный состав, и прежде всего соотношение зерен кварца, полевых шпатов и обломков пород.

«По соотношению зерен кварца, полевых шпатов и обломков пород среди кластических пород могут быть выделены кварцевые пески (до 5% примесей полевых шпатов и обломков пород), аркозы (до 5% обломков пород), граувакки (до 5% кварца). Разумеется, между этими крайними типами существуют все промежуточные разности.

Пирокластические породы разделяются на три основные группы: туфы и туфобрекчии, в которых вулканическим материалом сложен и цемент и обломки; туффиты, содержащие более 50% вулканогенного материала, и, наконец, туфогенно-осадочные породы, в которых преобладает осадочный материал.» (цит. по Степанов, Месежников, 1979, с. 71).

В основу приведенных классификаций положено рассмотрение какого-либо одного признака. Они применимы к однокомпонентным породам.

Учитывая, что обычно любая осадочная порода представляет собой смесь нескольких компонентов, Ф. Петтиджон (Pettijohn, 1957) предложил «главный тетраэдр состава» (рис. 3.1), наилучшим образом позволяющий оценить состав различных осадочных пород.

Рис. 3.1. Главный тетраэдр состава и интерпретация его граней (по Krumbein, Sloss, 1951) (рис. 4.1. из Степанов, Месежников, 1979, с. 72).

«Однокомпонентные породы (содержащие не более 5% примесей) располагаются в вершинах этого тетраэдра, отвечающих кварцевым пескам, глинам, известнякам и кремнеземистым осадкам, двухкомпонентные породы помещаются на его ребрах, трехкомпонентные — на гранях и, наконец, породы, состоящие из четырех компонентов, будут заключены внутри тетраэдра. Естественно, что в вершинах тетраэдра могут быть и другие компоненты, например каустобиолиты, марганцевые соединения или сульфаты.» (цит. по Степанов, Месежников, 1979, с. 72). 

Перечисленными типами осадочных и вулканогенных пород сложена верхняя часть литосферы — стратисфера, общий объем которой составляет по приблизительным подсчетам разных авторов, основанным на концентрациях калия и натрия в морской воде, данных о скоростях осадконакопления и о площадях распространения и мощностях осадочных толщ, (3–13)·10⁸ км ³.

Основными породами, слагающими стратисферу, являются глины (сланцы), пески (песчаники) и известняки. Алевриты распределяются между глинами и песками. Глинистые породы составляют 50–55%, песчаные 25% и карбонатные 15—20% стратисферы. При этом удельный вес песчаных пород на платформах, по-видимому, больше, а глинистых меньше, чем в подвижных поясах. Наконец, следует отметить, что основные объемы песчаных пород приурочены к континентальным, а карбонатов — к морским сериям.

Слоистость

«Слоистость является одним из наиболее важных свойств осадочных пород, имеющих исключительное значение при описании разрезов, их расчленении, определении условий залегания осадочных толщ и их генезиса. Под слоистостью понимается горизонтальное или первично наклонное размещение компонентов осадка или самих осадков, которое возникает при изменениях в составе отлагающегося материала или в темпах или обстановках его накопления.

Происхождение слоистости обычно связывается с изменением режима седиментации, а образование поверхности наслоения — с остановкой осадконакопления и уплотнением ранее отложившегося осадка. Таким образом, каждый слои отделяется от выше- и нижележащего более или менее продолжительным перерывом. Однако существуют и иные возможности возникновения слоистости. В первую очередь здесь следует назвать осаждение из мутьевых потоков, приводящее к последовательному отложению грубо-, средне- и мелкозернистых осадков, причем границы слоев здесь будут нерезкими и волнистыми Слоистость можно наблюдать в толщах, сложенных ориентированными частицами, например в конгломератах гальки которых ориентированы течениями. Наконец в глинах бывает тончайшая слоистость, обусловленная особенностями кристаллических решеток глинистых минералов.

Необходимо отметить, что приведенное выше в целом общепринятое определение слоистости нуждается в ряде пояснений, относящихся к практике геологических исследований. Прежде всего, говоря о слоистости, обычно имеют в виду отличия последовательно залегающих слоев по их вещественному составу. Однако очень часто при описании разрезов геолог убеждается, что многие из этих хорошо распознаваемых слоев в свою очередь состоят из большого количества маломощных, однородных по своему составу прослоев. С другой стороны, в мощных осадочных сериях, сложенных чередующимися породами, толщина отдельных слоев (пачек) может составлять десятки метров. При этом в небольших выходах будет обнажаться лишь часть слоя и для практических целей корреляции частных разрезов приходится искать дополнительные критерии (включения, особенности распределения фауны и т.п.), позволяющие различать (и описывать в качестве самостоятельных слоев) более узкие интервалы разреза. Как уже отмечалось, само возникновение слоистости связано с процессами осадконакопления. Но, описывая обнажение, сложенное чередующимися песками и песчаниками, геологи, естественно, выделяют те и другие в качестве самостоятельных слоев, хотя появление песчаников обязано уже процессам диагенеза. Обобщая все эти случаи, можно отметить, что выделение слоев производится различными способами с использованием самых разнообразных признаков осадочных пород и определяется задачами и степенью детальности исследования и опытом самого исследователя» (цит. по Степанов, Месежников, 1979, с. 74-75).

На рис. 3.2 показаны различные варианты выделения слоев в обнажении, нижняя часть которого сложена глинами, а верхняя — песками. «При рекогносцировочных работах или мелкомасштабной съемке в этом обнажении будет выделено два слоя — глины и пески. Крупномасштабные работы потребуют более детального расчленения, и тогда с помощью маркирующего слоя карбонатных конкреций глины будут разделены на два слоя. Литолог, изучая это обнажение, обнаружит изменение минерального состава глин на другом уровне, и его подразделение на слои будет уже иным.

Рис. 3.2. Различные способы расчленения разреза на слои в зависимости от целей исследования. Слева показан минеральный состав глин (заливка – монтмориллонит, светлое – смешаннослойные минералы), справа – различные комплексы фауны. 1 – глина, 2 – песок, 3 – карбонатные конкреции, 4 – фосфоритовые конкреции (рис. 4.3. из Степанов, Месежников, 1979, с. 76).

Для разведчика, занимающегося фосфоритами, разделение глин не будет иметь решающего значения, но зато нижний горизонт песков, обогащенный фосфоритовыми желваками, он обязательно выделит в качестве самостоятельного слоя. Наконец, биостратиграф, опираясь на изменение фаунистических ассоциаций, выделит в этом обнажении свои слои, причем характер захоронения фауны, изменения ее количества по разрезу, степень сохранности и другие признаки позволят дать каждому из эти слоев чисто визуальную характеристику и т. д.

Таким образом, в практической деятельности часто используются для выделения слоев такие особенности осадочных пород, которые не имеют прямого отношения к слоистости в приведенной выше трактовке. Однако не менее часто оказывается, что эти, казалось бы, искусственно выделенные слои на самом деле соответствуют определенным изменениям в режиме и темпе седиментации, а их границы отвечают скрытым размывам и перерывам и что, следовательно, искусственность их выделения является только кажущейся» (цит. по Степанов, Месежников, 1979, с. 76).

Основой выделения слоев является изменение вещественного состава пород.

В практической работе геологу чрезвычайно важно знать, насколько выдержаны слои, выделенные им в частных разрезах. Выдержанность слоев определяется обстановками и условиями седиментации и последующей историей захороненного осадка. Поэтому геология изобилует как примерами чрезвычайно значительной протяженности отдельных маломощных слоев, так и невозможностью прослеживания слоев в пределах одного обнажения. Различные случаи ограничения слоя в пространстве показаны на рис. 3.3.

В целом можно полагать, что в морских достаточно мощных сериях слои более выдержанны, чем в континентальных или конденсированных морских свитах.

С выделения слоев в разрезе собственно и начинается работа стратиграфа. Однако изучение слоистости, а также поверхностей напластования имеет большое значение не только для стратиграфии. Уже сам характер слоистости дает общее представление о степени стабильности осадконакопления: ясно, что чем чаще происходит смена пород в разрезе, тем кратковременное были моменты постоянства обстановок седиментации (хотя, конечно, это соображение справедливо со многими ограничениями, поскольку и внутри однородных слоев не так уж редко устанавливаются значительные перерывы).

Рис. 3.3. Различные случаи выпадения слоя из разреза (по Л.Рухину, 1955). 1 – выклинивание, 2 – выклинивание с расщеплением, 3 – срезание при размыве, 4 – исчезновение ограничивающих пластовых поверхностей, 5 – тектоническое нарушение, 6 – естественное ограничение области аккумуляции. (Рис. 4.4. из Степанов, Месежников, 1979, с. 77).

«Некоторые виды слоистости обладают особой информативностью. Среди них особое место занимает косая слоистость, нередкая в континентальных и морских (главным образом мелководных) преимущественно песчано-алевритовых осадках. Значение косой слоистости заключается в том, что она содержит большое число данных не только об условиях формирования осадка, но и о направлении движения водных или воздушных масс, под влиянием которых и образуются первично наклонные слойки.» (цит. по Степанов, Месежников, 1979, с. 78-79). Наиболее характерные типы косой слоистости (таблитчатый, линзовидный и клиновидный) приведены на рис. 3.4

Рис. 3.4. Основные типы косой слоистости по Р. Шроку (1950). а – таблитчатый; б – линзовидный; в – клиновидный; г – блок-диаграмма, показывающая соотношения между таблитчатой и линзовидной косой слоистостью. Стрелкой показано направление течения. (Рис. 4.5. из Степанов, Месежников, 1979, с. 78).

Важное значение слоистость имеет и при интерпретации структуры осадочных толщ в складчатых системах. Знание последовательности напластования позволяет, в частности, устанавливать опрокинутое залегание или разобраться в строении вертикально залегающих слоистых серий (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Расшифровка строения опрокинутой складки с изоклинальными вертикально падающими крыльями при помощи изучения последовательности напластования. Слева приведен нормальный разрез дислоцированной толщи. (Рис. 4.6. из Степанов, Месежников, 1979, с. 79).