Главнейшие типы осадочных формаций

Осадочные горные породы слагают около 75 % площади по­верхности суши, образуя тонкий приповерхностный слой коры. Мощность осадочного слоя изменяется от нуля на щитах до 18-20 км в крупных прогибах. С точки зрения формационного анализа среди осадочных пород следует наметить четыре группы [15]. Во-первых, это горные породы, способные образовывать значительные по мощ­ности монопородные толщи (кварцевые песчаники, кораллово-водорослевые известняки и др.). Их содержание в объеме толщи может достигать 90 %. Во-вторых, это породы, которые только в наборе с другими создают толщи (каолиновые, монтмориллонитовые глины, некоторые разности известняков). Их содержание в раз­резе обычно не превышает 30 %. Обе группы пород могут рассмат­риваться как формациеобразующие. Формациеобразующим породам противопоставляются две группы редких пород, которые можно от­нести к акцессорным. Одна из них (фосфориты, бокситы, каменные угли), как правило, распространена в форме отдельных пластов в толщах, другая представлена породами, встречающимися крайне редко (известковые туфы, гипсовые пески, брекчии).

К формациеобразующим породам относится большинство алюмосиликатных обломочных и глинистых, карбонатных, крем­нистых, сульфатно-хлоридных пород. Формациеобразующие поро­ды в составе конкретной формации выступают как главные члены парагенезиса (по Н. С.Шатскому), но они же могут являться и вто­ростепенными членами. Акцессорные породы в составе формации присутствуют как второстепенные, необязательные члены, но соз­дают индивидуальность конкретной формации, часто помогают оценить ее генезис, нередко определяют минерагеническую спе­циализацию. В некоторых случаях содержание акцессорных пород в отдельных телах формации бывает настолько значительным, что они становятся главными членами, образуя месторождения (фос­фориты, угли, бокситы). Систематическое описание осадочных формаций можно найти в работах Л. Б.Рухина, В. Е.Хаина, В. И.Попова, Э. Н.Янова [15]. Ниже приведена краткая характери­стика некоторых наиболее распространенных осадочных формаций. В основу описания положена классификация формаций по форма-циеобразующим породам.

Алюмосиликатные формации. Алюмосиликатные форма­ции включают толщи, сложенные обломочными и глинистыми по­родами. Являются главенствующими среди остальных типов оса­дочных толщ на протяжении всей истории Земли. Алюмосиликат­ные формации имеют важное практическое значение. Слагающие их породы используются как естественные строительные и облицовоч­ные материалы, огнеупорное сырье. С ними связаны месторождения каменных, бурых углей, горючих сланцев, нефти и газа, бокситов, россыпные месторождения драгоценных металлов, желваковых фосфоритов, пресных и минерализованных вод.

По преобладающим типам пород среди класса алюмосиликатных формаций выделяются группы грубообломочных, мелкооб­ломочных, глинистых и смешанных формаций.

Грубообломочные (псефитовые) формации. Толщи, сложенные преимущественно конгломератами, гравелитами и грубозернистыми песчаниками, пользуются широким распростра­нением в разрезах платформ и складчатых областей от архея по кай­нозой включительно. В ходе эволюции возрастает роль грубообло­мочных пород пролювиального и аллювиального происхождения с их максимумом в кайнозое. В древних толщах более широко разви­ты грубообломочные серии морского происхождения. Конгломератовые серии венда развиты в Прибайкалье и Присаянье, кембрия-ордовика – в Кузнецко-Саянской области, девона – в Казахстане и в Северном Тянь-Шане, карбона-перми – в Приуралье, юры – в Забай­калье, кайнозоя – в Предкарпатье, в Тянь-Шане, в Альпах, где они участвуют в строении орогенных впадин. Появление грубообломоч­ных формаций в разрезе свидетельствует о проявлении тектониче­ской активизации, поэтому большинство грубообломочных форма­ций следует относить к категории моласс – продуктов разрушения растущих горных поднятий. Преобладающие формы залежей – кли­новидные, веерообразные, реже линзовидные. Строение тел асим­метричное. Мощности формаций изменяются от нескольких десят­ков метров до первых километров. Главными членами формаций являются конгломераты, гравелиты, грубозернистые песчаники; в качестве второстепенных членов могут присутствовать мелкозерни­стые песчаники и алевролиты, глины, биогенные известняки. Внут­реннее строение обычно толсто-, грубослоистое, ритмичное, линзо-видно-слоистое.

Среди грубообломочных формаций выделяются полимиктовые и

моно-, олигомиктовые. Полимиктовые формации развиты в разрезе орогенных комплексов складчатых областей, выполняя межгорные и краевые прогибы, наложенные впадины. Типичными представителями этих формаций являются неогеновые конгломератовые серии Предкарпатья, Предальп, сакмарско-артинская конгломератовая толща Предуральского прогиба и др. Моно-, оли­гомиктовые грубообломочные формации более характерны для древних платформ, срединных массивов, широко развиты в составе до кембрийских отложений протоплатформенных чехлов. С грубо-обломочными формациями связаны крупные месторождения золо­та, урана.

Мелкообломочные (песчаниковые и песчаниково-алевролитовые) формации. Данные формации широко распространены на платформах, в геосинклинальных облас­тях оконтуривают зоны поднятий, в орогенных (вместе с грубообломочными) составляют молассы межгорных впадин и краевых про­гибов. Песчаниково-алевролитовые формации различаются по со­ставу и строению. Среди них встречаются формации тонкоритмич­ного флишевого строения (флиш Туркестанского хребта) и грубослоистые толщи глауконитово-кварцевых песчаников альба-сеномана Мангышлака; толщи косослоистых протерозойских крас­ных и розовых кварцитов Прионежья и др. Главными членами этой группы формаций являются различные по составу песчаники и алев­ролиты, второстепенными – глины, мергели, известняки, трепелы и опоки, фосфориты и др. Образование формаций происходило в раз­личных обстановках: от субаэральных эоловых, речных дельтовых и озерных до морских относительно глубоководных. Морфологиче­ская характеристика формационных тел: от шнуровидной и ленто­образной линзовидной до плащеобразной. Мощности – от первых десятков до сотен метров и первых километров.

Минеральный состав обломочного материала позволяет вы­делить три рода формаций: кварцевые, аркозовые, граувакковые. Они характеризуют степень «зрелости» обломков – степень химиче­ского разложения первичных силикатов – важный показатель при палеогеографических и палеотектонических реконструкциях. Опре­деляющая цвет толщ форма нахождения железа нередко имеет большой генетический смысл, позволяя выделять серо-, пестро - и красноцветные мелкообломочные формации.

Кварцевые формации типичны для платформ. Они образу­ются за счет переотложения материала кор выветривания, в ходе которого удаляется глинистая составляющая и происходит обога­щение устойчивыми к разрушению минералами титана, циркония, алмазами, золотом и т. д. Эти формации являются надежным инди­катором платформенного режима. Особенно широко они распро­странены в разрезе докембрия. К ним относятся нижние свиты криворожской и курской серий, толщи овручских, шокшинских, петрозаводских песчаников на Украинском и Балтийском щитах. Обломочный материал аркозовых формаций обладает меньшей степенью «зрелости». По сравнению с кварцевыми они распро­странены меньше, по тектонической позиции мало отличаясь от кварцевых. В геосинклинальных и орогенных комплексах складча­тых областей, в чехлах молодых платформ на уровнях, отвечаю­щих эпохам тектонической активизации, распространены полимиктовые и граувакковые формации. Полимиктовыми формациями образованы верхнепермские серии Северного Приуралья, неокомские красноцветные формации юго-востока Туранской плиты и Ферганской впадины. С граувакковыми формациями в парагенети-ческих взаимоотношениях находятся глинистые, а также различ­ные формации смешанного осадочного и осадочно-вулканогенного составов.

Глинистые формации. Пользуются весьма широким распространением на платформах и в складчатых областях. Глини­стые формации всегда в том или ином количестве содержат прослои или включения песчаников и алевролитов, мергелей, известняков, кремнистых пород, туфов, гипсов, Нередко существенно обогаще­ны органическим веществом, образуя в складчатых палеозойских областях углеродисто-глинистые формации, так называемые «черносланцевые толщи». В чехле Восточно-Европейской платформы глинистые формации известны в разрезе венда, нижнего кембрия, нижнего ордовика (диктионемовые сланцы), силура, верхней юры, эоцена, олигоцен-миоцена, плиоцена. Разнообразна форма залежей глинистых формаций: от серповидной, лентовидной до амебообразной. Мощности формаций измеряются обычно десятками и сотнями метров. Внутреннее строение формации определяется изменением минерального состава глин по разрезу, наличием прослоев второ­степенных членов. Иногда это неслоистые толщи массивного сло­жения, но чаще слоистость подчеркивается желваковыми включе­ниями мергелей, фосфоритов, линзочками обломочного материала.

Глинистые формации разделяют на: • темноцветные, бога­тые органическим веществом; • светлые, бедные органическим ве­ществом; •красноцветные. Таким образом, наряду с содержанием гидроксидов железа, для систематизации глинистых формаций ис­пользуется такой показатель, как содержание рассеянного органиче­ского вещества. Важной характеристикой является карбонатность, позволяющая разделить глинистые формации на карбонатные и бес­карбонатные. По минеральному составу глинистых минералов вы­деляются формации каолиновые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые и смешанные. Эти группы формаций различаются по обстановкам накопления и минерагении. Формирование большинства глинистых формаций происходит в различной обстановке: от мор­ской глубоководной до субаэральной озерной. Формации каолино­вых глин обычно встречаются в ассоциации с формациями кварце­вых песчаников и являются надежным индикатором платформенно­го режима. Толщи гидрослюдистых глин формируются в различной тектонической обстановке; толщи монтмориллонитовых глин не­редко встречаются в ассоциации с кремнисто-карбонатными серия­ми и вулканитами.

Смешанные песчаниково-глинистые форма­ции. Это наиболее многочисленная, разнообразная по минеральному составу и строению группа алюмосиликатного класса формаций. Осо­бенно характерны эти формации в бассейнах высоких широт. В разрезе мезозойско-кайнозойских отложений альпийской складчатой области юга бывшего СССР и на плитах, занятых в мезозое и палеогене ок­раинными морями океана Тетис, песчаниково-глинистые формации начинают и завершают седиментационные мегациклы. В структурах, тяготеющих к Бореальному и северной части Тихоокеанского бас­сейнов, глинисто-песчаниковые формации типичны для всего слож­ного мезозойско-кайнозойского мегацикла (Западно-Сибирская плита, Верхояно-Чукотская область и др.).

Главные члены – разнообразные по минеральному составу песчаники, алевролиты, глины (аргиллиты). Соотношение обломоч­ных и глинистых пород непостоянно. Второстепенные члены: кар­бонатные, кремнистые, сульфатно-галогенные, железистые, углеро­дистые породы. Присутствие в песчаниково-глинистых формациях пластов углей позволяет выделить среди них угленосные формации, наличие бокситов – бокситоносные, фосфоритов – фосфоритоносные, пластов каменной соли – соленосные. Правильное ритмичное чередование обломочных и глинистых пород позволяет разграничи­вать терригенные флишевые и флишоидные формации.

Карбонатные формации. Карбонатные толщи после терригенных занимают второе место в составе осадочной оболочки зем­ной коры. Известны начиная с раннего докембрия, широко распро­странены в позднем докембрии, палеозое, мезозое и кайнозое. Со­став карбонатных формаций на протяжении истории Земли изме­нялся. Карбонатные формации, образованные доломитами с магнезитами, известны в докембрийских отложениях, доломиты широко распространены также в палеозойских толщах. В мезозой­ских и кайнозойских отложениях преобладают известняки. Эволю­ция биосферы обусловливает изменение состава породообразующих организмов биогенных карбонатных пород.

Карбонатные формации представляют большой интерес для народного хозяйства. Многие разности карбонатных пород исполь­зуются как естественные строительные и облицовочные материалы, сырье для производства извести и цемента, флюсов и др. В сельском хозяйстве карбонатные породы применяют для известкования почв. С карбонатными формациями связаны месторождения нефти, горю­чих сланцев; они вмещают месторождения бокситов, марганца, же­леза, фосфоритов, полиметаллов. Среди карбонатных формаций выделяют: платформенные и геосинклинальные (Л. Б.Рухин); рифо­вые, слоисто-известняковые, доломитовые (Э. Н.Янов).

И. К.Королюк выделила три группы формаций [15]:

1. Формации, почти лишенные органогенных построек (груп­па «кархем»). Сложены тонкозернистыми тонко - и микрослоистыми хемогенными, биохемогенными и биогенными известняками и пер­вичными доломитами. Типичные формации: доломитовые и пелитоморфных известняков, меловые, глобигериновых известняков.

2. Формации, в которых органогенные постройки имеют незначительное развитие (группа «карбио»). Это формации слои­стых детритовых и биоморфных известняков, иногда с доломитизированными известняками и доломитами. Типичные формации: окская формация нижнего карбона Подмосковья, московская фор­мация среднего карбона Подмосковья, формации оолитовых из­вестняков, слоистых известняков с рассеянными органогенными постройками.

3. Формации с массовыми органогенными постройками и продуктами их разрушения. Это различные рифогенные формации, среди которых, в зависимости от типов органогенных построек, от характера сочетаний их между собой, количества и первичной со­хранности, выделятся формации рифовые, биогермных массивов, банково-рифовые и рифоидные.

Терригенные формации систематизируют по минеральному составу (зрелости) обломочного вещества, степени его механиче­ской дезинтеграции (размерности обломков), способу его выпаде­ния в осадок. С таких же позиций можно подходить и к системати­ке карбонатных формаций. Опираясь на эти принципы системати­ки, выделяют известняковые формации, доломитовые формации и смешанные. Доломитовые формации широко развиты в разрезах докембрийских отложений, известняковые – в фанерозойских, а смешанные встречаются в составе всех стратиграфических подраз­делений.

Известняковые формации. Разнообразны по проис­хождению, составу исходного вещества и практическому значению, приуроченны к различным типам структурных элементов платформ и складчатых областей. Главными членами известняковых формаций являются различные типы известняков, мергели, второстепенными – доломиты, гипсы, ангидриты, песчаники и алевролиты, конгломера­ты и гравелиты, глины, горючие сланцы, силициты, фосфориты. По преобладающим типам пород формации можно разделить на обло­мочные, биогенные, биогенно-хемогенные.

Доломитовые формации. Выражены мощными толщами доломитов с прослоями магнезитов, известняков, обломочных и кремнистых пород. Они установлены в разрезе нижнего протерозоя Восточного Саяна, в верхнем протерозое – нижнем кембрии Селенгино-Яблоновой системы, Аргунского и Буреинского массивов, п-ва Канин, Урала, а также в ордовике-девоне Южного Тянь-Шаня и Урала, в разрезе верхнего триаса и верхней юры Кавказа. Накопление формаций, сложенных доломитами, происходило, вероятно, в окраинных платформенных прогибах, во внешних прогибах геосинклинальных систем, на срединных массивах. С доломитовыми формациями связаны месторождения магнезитов, сидеритов, гипса.

Смешанная группа карбонатных формаций. Является наиболее многочисленной, типичной для платформен­ных, геосинклинальных и орогенных комплексов. К ней следует относить формации, содержащие карбонатные породы не менее 30 % мощности разреза в центральных частях формационных за­лежей. Среди них встречаются глинисто-карбонатные толщи с крупными биогермными массивами (миоценовая формация Крыма) и толщи тонкоритмичного флишевого строения (флишевые ком­плексы нижнего мела Грузии). Кремнисто-карбонатные формации представлены формациями, в наборах которых принимают участие различные типы известняков, доломиты, силициты и глинистые сланцы (например, толща верхней части франского яруса Приуралья, образованная кремнистыми, глинисто-кремнистыми, битуми­нозными известняками).

Сульфатно-хлоридные формации. К рассматриваемому классу формаций относятся разнообразные по строению толщи, сложенные преимущественно сульфатными (ангидриты, гипсы) и хлоридными (галитит, сильвинит, карналлитит и др.) породами. В ка­честве второстепенных членов в формациях присутствуют прослои доломитов, известняков, обломочных и глинистых пород. На терри­тории Северной Евразии галогенные формации присутствуют в раз­резах нижнего кембрия и девона Сибирской платформы, девона, нижней и верхней перми Восточно-Европейской платформы; перм­ских отложений Предуральского прогиба и впадин Центрального Казахстана; верхнеюрских отложений Предкавказья, юго-востока Туранской плиты и Афгано-Таджикской впадины; неогеновых от­ложений Предкарпатского и Закарпатского прогибов. Антропогеновые галогенные формации связаны с озерными толщами равнинного Крыма и юга Западно-Сибирской плиты. Намечается вполне опре­деленная связь стратиграфического положения галогенных форма­ций с эпохами аридизации климата на территории Евразии и пояс­ной климатической зональностью во все эпохи их накопления. Группу галогенных формаций обычно подразделяют на формации сульфатные, представленные гипсово-ангидритовыми толщами с отдельными маломощными прослойками карбонатных и терригенных пород, иформации хлоридные, в разрезе которых большую роль играют хлоридные породы. Примеры конкретных галогенных фор­маций – верхнефранская и верхнефаменская соленосные толщи Припятско-Днепровско-Донецкого прогиба.

Силицитовые формации. Этот класс объединяет формации, в разрезе которых значительная роль принадлежит кремнистым по­родам – силицитам (яшмам, спонголитам, радиоляритам, трепелам, опокам). В качестве второстепенных членов парагенезисов присут­ствуют известняки, глины, пирокластические породы и лавы, желе­зистые породы. Силицитовые формации развиты на платформах и в геосинклинальных областях. На платформах они типичны для оса­дочных серий, накопившихся в высокоширотных морских бассей­нах. В подвижных поясах особенно широко распространены и не­редко находятся в ассоциации с вулканическими толщами. Силици­товые формации известны в докембрии, палеозое, мезозое и кайно­зое. Характерной группой силицитовых формаций являются яшмовые. Большая часть исследователей предполагает, что яшмо­вые формации формируются в глубоководной обстановке, но выска­зывают мнения о возможности образования яшмовых (смешанных) формаций на небольшой глубине в связи с вулканическими процессами. Силицитовые формации широко распространены среди палеозой­ских толщ Урала, Тянь-Шаня, Казахстана, Кузнецко-Саянской об­ласти, а особенно – среди мезозойских и кайнозойских комплексов Сихотэ-Алиня, Приохотья, Корякского нагорья, Камчатки, Сахали­на. Силицитовые формации содержат месторождения железа, мар­ганца, фосфоритов.

Смешанные формации. Это наиболее распространенная, самая большая по числу и разнообразию представителей группа оса­дочных формаций. Элементарные наборы главных членов этих фор­маций состоят из пород разных классов: алюмосиликатных, карбо­натных, хлоридно-сульфатных, железистых и других, находящихся примерно в равных соотношениях. Смешанные формации объеди­няют глинисто-известняковые, песчаниково-известняковые, кремни­сто-карбонатные, кремнисто-железистые, глинисто-сульфатные и другие толщи с весьма широким диапазоном изменений в соотно­шениях главных членов парагенетических ассоциаций. Независимо от состава смешанных формаций для них характерны некоторые общие черты. Данные формации накапливаются в условиях перио­дически меняющейся палеогеографической обстановки, климата или при эпизодических нарушениях нормального хода седиментации, в том числе процессами вулканизма.