Сводная классификация обломочных осадков и пород

Конгломераты (галечники) - это один из наиболее распространенных типов грубообломочных пород. В зависимости от генезисаони заметно различаются по структуре, вещественному составу, морфологии обломков и другим признакам. Так, морские галечники характерны для отдельных участков морских побережий – зон прибоя, зон сильных морских течений, захватывающих придонные области. Галечный материал в этих осадках хорошо окатан, обломки имеют гладкую блестящую поверхность, отмечается их хорошая сортировка по размеру. В петрографическом составе присутствуют только механически прочные породы (кварц, яшмы, кварцит). Пластовые залежи морских галечников часто залегают в основании осадочных толщ и получили название базальных галечников (конгломератов). Базальные конгломераты типичны для оснований трансгрессивных свит и часто залегают с угловым или стратиграфическим несогласием. Внутриформационные конгломераты и конгломерато-брекчии формируются в процессе кратковременной регрессии моря, подводных оползней и т.д. Для них характерны слабая окатанность обломков, в составе обломков присутствуют, а иногда преобладают мягкие, неустойчивые к длительному переносу породы (глины, слабосцементированные алевролиты и т.д.).

Аллювиальные галечники (конгломераты) широко распространены в долинах горных рек. Они отличаются плохой сортировкой обломочного материала по крупности, присутствием обломков разной степени окатанности, смешиванием разнородного по петрографическому составу материала, в т.ч. механически слабо устойчивых типов пород (известняков, гнейсов, сланцев, песчаников и др.). Гальки удлиненной формы обычно располагаются с наклоном против течения, углы наклона крутые.

Флювиогляциальные галечники (конгломераты) размещаются по периферии зон материкового оледенения. Они образуются в результате перемыва моренного материала. Галька и сопутствующие валуны несут на своей поверхности следы ледникового переноса (ледниковые шрамы). Степень сортировки материала по крупности несовершенная. Моренный ледниковый конгломерат известен как тиллит.

Пролювиальные галечники (конгломераты) приурочены к предгорным зонам. Отличаются слабой сортировкой крупнообломочного материала по крупности и невысокой степенью окатанности обломков. Удлиненная галька наклонена против течения потока (в сторону гор) с крутыми углами наклона.

Эоловые галечники и конгломератывстречаются редко, в основном на участках пустынь с частыми ураганными ветрами. Отмечены в пустыне Гоби и на тихоокеанском берегу Южной Америки.

Брекчии и дресвяно-щебнистые осадки характерны для предгорий и гор и формируются при слабом воздействии водного потока на обломочный материал. Типично отсутствие сортировки неокатанных обломков по крупности.

Среди генетических типов брекчий выделяются:

1) обломочные, образованные в процессе осыпей, обвалов, физического выветривания, действия волн и т.д.;

2) вулканические, являющиеся результатом смешения продуктов извержения вулканов с обломочным материалом;

3) сопочные, формирующиеся после грязевых потоков;

4) тектонические, приуроченные к зонам разломов;

5) химические брекчии, причиной образования которых являются процессы гидратации, почвообразования и др.;

6) литогенетические, образующиеся в ходе уплотнения осадков на стадиях катагенеза и метагенеза.

В подгруппе обломочных брекчий различаются брекчии обвалов и оползней, осыпей, селевых потоков, ледниковые, донные, элювиальные, карстовые и диагенетические.

Текстура грубообломочных пород слоистая (косослоистая, диагонально слоистая), неяснослоистая, массивная (неслоистая), линзовидная.

Структура грубообломочных пород обычно обусловлена сочетанием трех составных частей: обломочного каркаса, заполнителя (матрикса) и цемента. Каркасом считается наиболее крупный обломочный материал, составляющий основу породы. Зерна заполнителя размещаются в промежутках между обломками каркаса и по размерности часто соответствуют песчаным и гравийным частицам. Материал цемента заполняет оставшиеся пустоты в породе. Цемент по составу может быть известковым, кремнистым, железистым, фосфатным, глинистым и т.д.

В связи с этим описание структуры грубообломочных пород является довольно сложным и многоплановым. Даже обломки каркаса часто имеют существенно разные размеры, из-за чего структура каркаса нередко описывается как валунно-глыбовая, галечно-валунная, гравийно-галечная и т.д. Описание структуры на втором уровне касается заполнителя. Типичные природные осадки имеют песчаный, песчано-алевритовый или песчано-алеврито-глинистый заполнитель. При характеристике цемента осадочной породы указываются его тип и структура. Часто при этом используют лупу с большим увеличением.

Типы цемента в осадочных породах разнообразны и зависят от времени и способа образования, объема в породе, характера распределения, степени кристалличности вещества.

По объему цемента в породе и способу цементации выделяют три основных типа цемента:

- базальный, когда обломки каркаса не соприкасаются друг с другом; по объему он занимает значительную долю в породе;

- поровый, когда обломки каркаса соприкасаются друг с другом, а цемент заполняет оставшиеся поры, объем цемента существенно меньше;

- контактовый, когда обломки каркаса и заполнителя плотно прилегают друг к другу, цемента мало и приурочен он в основном к контактам зерен.

По способу образованияразличают типы цемента:

- крустификационный– представляет собой обрастание обломочных зерен аутигенными минералами;

- регенерационный– образуется в результате нарастания каемок вокруг обломочных зерен, сложенных тем же самым веществом;

- коррозионный – образуется в процессе коррозии (растворения) обломочных зерен и одновременной цементации оставшихся их фрагментов;

- цемент выполнения – цементация породы происходит в результате заполнения пустот, не связанного с изменением обломков.

По степени кристалличностивещества различают кристаллический и аморфный цементы.

Структура цемента в обломочных породах в значительной степени зависит от размеров, формы и ориентировки минеральных частиц. Выделяют следующие виды структуры кристаллического цемента:

- беспорядочно зернистая,когда частицы цемента не имеют определенной формы и ориентировки;

- пойкилитовая (фонтенбло)– это ориентированные в одном направлении крупные кристаллы цемента с включением обломков;

- радиально-лучистая– зерна цемента имеют радиально-лучистое строение;

- волокнистая– зерна цемента имеют волокнистое строение.

В большинстве случаев порода содержит несколько типов цементов, т.е. цемент в них относится к смешанному типу. Это обусловлено наложением друг на друга нескольких стадий цементации породы.

Для метаморфизованных грубообломочных породвыделяются особые типы структур, сформировавшиеся в результате проявления процессов метагенеза:

- конформно-регенерационная – сочетание процессов растворения и регенерации обломочных зерен, в результате которых они наиболее плотно располагаются в пространстве;

- мозаичная (гранобластовая)– цемент практически отсутствует, зерна непосредственно соприкасаются друг с другом, причем их края частично перекристаллизованы, порода имеет кварцитовидное строение;

- шиповидная и зубчатая– контакты между зернами зазубренные, образуются в результате растворения под давлением и перекристаллизации под воздействием стресса;

- сланцеватая– характерна для глинистых пород, испытавших глубокие изменения и особенно влияние давления, в результате чего чешуйки минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюд и др.) располагаются параллельно друг другу;

- линзовидно-сегрегационная–также типична для глинистых пород, в которых частицы кварца, хлоритов, слюд и других минералов образуют отдельные линзы, последние же группируются в полосчатые образования.

Для конгломератов, которые подверглись сильному давлению в процессе метагенеза, характерно присутствие характерных выемок на гальках, т.е. ямок вдавливания. Особенно заметны они на карбонатных и других гальках, отличающихся пониженной твердостью.

Форма залегания грубообломочных пород пластовая, линзовидная, гнездовая и т.д.

Полезные ископаемые. С рыхлыми грубообломочными отложениями связаны месторождения строительного сырья. Галька и щебень применяются как балластный материал и для приготовления бетона. Некоторые разности брекчий используются как декоративный камень. В грубообломочных осадках сосредоточена основная масса россыпных месторождений полезных ископаемых (алмазов, золота, платиноидов, касситерита, драгоценных камней и др.). К метаморфизованным конгломератам приурочены крупнейшие в мире месторождения золота, из которых попутно извлекаются алмазы, платиноиды и некоторые другие металлы (месторождение Витватерсранд, ЮАР).

К отложениям древних русел рек могут быть приурочены месторождения урана – т.н. «ролловые». Литологически они представлены грубообломочными породами. Урановые минералы (настуран, уранофан, отунит, коффинит, уранинит, гидронастуран) образуются на стадии диагенеза и становятся, таким образом, составной частью цемента.

К пластам галечников нередко приурочены месторождения подземных вод высокого качества. Особенно ценными являются подаллювиальные и внутриаллювиальные воды, которые используются в качестве питьевой воды и в других целях.

Пример описания

Гравелит полимиктовый, литоидный, характеризуется неравномерной коричневато-серой окраской со слабым зеленоватым оттенком за счет присутствия обломков яшмы зеленовато-серого цвета. Структура породы равномерно-мелкогравийная, с размером обломочных частиц от 2 до 5 мм. Текстура плотная массивная. Обломки хорошо окатаны и представлены зеленовато-серой яшмой (40%), кварцитом светло-серого цвета (25%), коричневато-серым кремнем (35%). Тип цемента порово-базальный и характеризуется глинисто-карбонатным составом (наблюдается реакция с разбавленной соляной кислотой, после реакции остаётся грязная плёнка на светлоокрашенных зёрнах).

Вопросы для самопроверки

Пример описания

Песчаник граувакковый, окрашен в тёмно-серый цвет со слабым зеленоватым оттенком, крупно-среднезернистый (с размером зёрен от 0,3 до 1,0 мм), алевритистый (примесь алевритовых частиц не превышает 5%), среднесортированный, состоит из полуокатанных и угловатых обломков метаморфических и осадочных пород, с глинисто-карбонатным цементом ти­па заполнения пор.

Аркозы отличаются от других типов песчаников повышенным (более 25%) содержанием полевых шпатов. Они окрашены в светло-коричневый или серый цвет, по внешнему виду часто напоминают граниты. Отличаются плохой сортировкой зерен по размеру, неокатанностью и угловатостью. Цементом в аркозовых песчаниках обычно являются карбонаты или гидроксиды железа. Образуются за счет отложения продуктов разрушения кислых изверженных пород.

Распространение. Песчаные породы являются одним из самых распространенных типов пород в составе осадочной оболочки Земли. Они широко представлены на территориях континентов и в прибрежной части морей и океанов, являются обычной составной частью разрезов пород многих терригенных формаций: угленосных, молассовых, флишевых, кварцево-песчаных и др.

Применение. Пески находят применение в качестве стройматериалов, формовочного и стекольного сырья, при производстве фарфора, фаянса и др. В частности, высокие требования предъявляются к кварцевым пескам, используемым для изготовления оптического стекла. В их составе содержание кремнезема не должно быть ниже 99,8%, а оксида железа – не более 0,012%. При оценке качества формовочного песка учитывают содержание кремнезема, гранулометрический состав, газопроницаемость и огнеупорность. При производстве бетона употребляются разнозернистые пески с незначительным содержанием алевритовых и глинистых частиц, а также органического вещества. С прибрежно-морскими мелкозернистыми песками связаны россыпные месторождения титано-циркониевых минералов.

Песчаники являются обычным строительным камнем, используются для производства щебенки, мощения дорог, как бутовый камень и т.д. Крепкие песчаники с прочным кремнистым цементом применяют для изготовления огнеупорного кирпича – динаса; глауконитовые пески – для извлечения глауконита, который в фильтрах является адсорбентом для смягчения воды, сырьем для изготовления зеленой краски и удобрений, а также используется для определения абсолютного возраста пород К/Ar методом. Кварцевые песчаники иногда используют как флюс в металлургии, т.е. как вещество для удаления вредных примесей из расплавленного металла.

Песчаные породы часто представляют собой хорошие нефтяные и нефтегазовые коллекторы благодаря их значительной пористости и проницаемости. К ним приурочены наиболее водонасыщенные водоносные горизонты.

Особым типом месторождений являются медистые песчаники. Медная минерализация в них, представленная сульфидами меди, образуется на стадии диагенеза под влиянием обогащенных медью водных растворов, циркулирующих в песчаных толщах. Характерными минералами являются пирит, халькопирит, халькозин, борнит. Образование медистых песчаников приурочено к древним речным руслам, чему способствует хорошая проницаемость выполнявших их песчаных осадков.

Месторождения. Крупные месторождения песков приурочены к неоген-палеогеновым толщам территорий Украины, Европейской части России, Западной Сибири, четвертичным ледниковым отложениям Севера России, триасовым, юрским и меловым отложениям. Песчаники известны в пермских, каменноугольных и девонских толщах. Современные россыпи титано-циркониевых песков приурочены к побережьям Индийского, Тихого и Атлантического океанов (Индия, Малайзия, Индонезия, Шри-Ланка, Мадагаскар и др.). Аналогичные месторождения имеются в неогеновых песках Украины, Западной Сибири, юрских и меловых песках Европейской части России.

В некоторых районах (например, мезозойские породы штата Колорадо, США) в песчаниках, выполняющих палеорусла, отмечена урановая минерализация.

Алевритовые породы.В природе представлены илами, лессами, алевролитами и алевролитовыми сланцами (сцементированные разности). По многим признаками они похожи на песчаные.

Минеральный состав алевритовых пород включает аллотигенные и аутигенные компоненты. Обычными аллотигенными составляющими алевролитов являются кварц, полевые шпаты, слюды и глауконит. Среди аутигенных новообразований, слагающих цемент породы, могут присутствовать глинистые, карбонатные, фосфатные, сульфатные минералы, оксиды и гидроксиды железа, хлориты, цеолиты, минералы семейства кремнезема (кварц, халцедон, опал и др.).

По минеральному составу алевритовые породы, как и песчаные, делятся на мономинеральные, олигомиктовые и полиминеральные (см. рис. 1). Важным отличием их от аналогичных песчаных пород является полное отсутствие обломков пород и соответственно граувакковых алевритов (алевролитов).

Текстуры алевритовых пород массивные и тонкослоистые (горизонтально-слоистые, волнисто-слоистые, косо- и диагонально-слоистые).

Структура алевритовых пород нередко алевропсаммитовая или алевро-пелитовая. При описании цемента часто выделяют микрослоистые и ориентированные структуры, обусловленные параллельным расположением чешуек слюдистых и глинистых минералов.

Генезис алевритовых осадков имеет определенные особенности, связанные с небольшими размерами обломочных зерен. Их осаждение возможно только в условиях малой активности водного (озерные и морские бассейны, пойменные речные обстановки, дельты, эстуарии) или воздушного потока (эоловый перенос).

Описание основных типов алевритовых пород. Широкое распространение лессов в степных и полупустынных зонах привлекло к нему большое внимание литологов. Лессы отличаются желтовато-серой или буровато-серой окраской, состоят из частиц размером 0,05-0,005 мм и хорошо держатся в куске. В обнажениях лесс обладает столбчатой отдельностью и образует вертикальные откосы. Обладает очень высокой пористостью (более 50%). При увлажнении грунтовыми или поверхностными водами дает значительные просадки из-за уменьшения объема. Большинство ученых считает, что лессовые породы образовались в результате ветрового переноса пылеватых частиц (пылевых бурь), вынесенных из соседних пустынь. Лесс широко распространен на территориях Китая, Средней Азии, Украины, Предкавказья, Средней Европы.

К лессовидным породам относят суглинки и супеси, имеющие еще более широкое распространение. В суглинках наряду с преобладающими алевритовыми частицами в заметном количестве присутствуют и глинистые, а в супесях – мелкопесчаные. Они слагают пойменные фации в речных долинах, делювиальные и пролювиальные толщи и др.

Алевролиты широко распространены в разрезах палеозойских пород, реже присутствуют в составе мезозойских толщ. Отличаются разнообразной окраской (серая, бурая, красная, зеленоватая, пестрая и т.д.), тонкой слоистостью, часто раскалываются на плитки (алевролитовые сланцы).

Практическое применение лессовых пород связано с изготовлением кирпича и самана. Алевролиты с прочным цементом применяют как камень для мощения дорог и строительства зданий. Среди меденосных пород известны медистые алевролиты.

Вопросы для самопроверки

Переходные типы пород. К переходным типам относятся осадки и породы, в составе которых наряду с обломочными частицами присутствуют в заметном количестве компоненты, характерные для других типов осадочных пород. Наиболее распространены две группы переходных типов пород (с участием глинистых минералов):

- (глинисто)-карбонатно-обломочные,

- (глинисто)-углисто-обломочные.

(Глинисто)-карбонатно-обломочные осадки и породы представлены известковыми глинами, алевритами, аргиллитами, песками и песчаниками, содержащими свыше 50% обломочного материала, и глинистыми, алевритовыми и песчаными известняками и доломитами, содержащими более 50% карбонатного материала (табл. 3). Первые представляют собой смесь обломочных частиц с карбонатным веществом или скелетами известкового состава (осадки) или обломочную породу с карбонатным цементом. Вторые являются хемогенными или биогенными скоплениями карбонатного материала с примесью обломочных частиц. Наибольшее практическое значение среди них имеют глинистые известняки – мергели.

Рис. 2. Классификация смешанных песчано-алеврито-глинистых пород,

по Л.Б.Рухину (1969)

(Глинисто)-углисто-обломочные осадки и породы представлены углистыми глинами, аргиллитами, песками, песчаниками, глинистыми сланцами, алевритами и алевролитами, с одной стороны, и глинистыми, алевритовыми или песчаными углями – с другой (табл. 3).

Таблица 3