Генетическое значение структур осадочных пород

Структура – это те особенности осадочной породы, которые определяются ее зернистостью, т. е. размером, формой, и взаимоотношением зерен, а также – степенью их однородности.

Зерна могут быть как неорганического, так и органического происхождения.

Взаимоотношения зерен показывают способ образования породы, в частности показывает, образовались ли минералы на месте залегания породы или были сюда принесены.

Если зерна «приспособлены» друг к другу (сторона одного зерна является стороной другого и зерна полностью, без промежутков, занимают пространство, структуры называют конформнозернистыми (рис. 36). Такие структуры возникли на месте или в результате преобразования принесенных обломков. Первична такая структура во многих хемогенных породах, например в доломите, каменной соли (рис. 37) или гипсе.

Рис. 36. Различные виды конформнозернистой кристаллической структуры. Поровое пространство или цемент отсутствует

Рис. 37. Каменная соль с конформнозернистой кристаллической структурой

Чаще же конформнозернистые структуры возникают при перекристаллизации первичного осадка (карбонатного, глинистого, кремневого).

Другой тип структур – неконформнозернистые. Они характеризуются несоответствием контуров соседних зерен, зерна неполностью заполняют пространство, часть его остается пустым (поры) или позже заполняется цементом (рис.38). Такие структуры образуются при переносе осадка (зерен).

Рис. 38. Уплотнение зернистого осада и образование цемента между зернами в процессе литификации

В зависимости от формы, а следовательно, и от способа образования зерен, различают три типа неконформнозернистых структур.

1. Цельноскелетные биоморфные структуры – ракушняковые (целые раковины) и биогермные (скелеты прирастающих организмов – кораллов, водорослей, мшанок и т. д.) (рис. 39).

Рис. 39. Раковинная структура известняка

2. Сфероагрегатные структуры – зернами служат сферические тела – оолиты, пизолиты, онколиты, пеллеты и т. д. (рис. 40).

Рис. 40. Оолитовый известняк с прозрачным кальцитовым (спаритовым) цементом

3. Обломочные, или кластические структуры – породы сложены обломками кристаллов, пород, органических остатков (кристалло-, лито- и биокластическая структуры) (рис. 41, 42).

Рис. 41. Обломки пород и поровый цемент (литокластическая структура)

Рис. 42. Биокластическая структура (обломки скелетов в спаритовом цементе)

Есть и переходные типы, например, оолитово-детритовый известняк сложен зернами оолитов и обломками скелетного материала.

Для обломочных пород

Размер зерен – важнейшая характеристика обломочных пород при фациальном анализе. Эта характеристика зависит прежде всего от контрастности рельефа области сноса и динамики среды осадконакопления (например, энергии потока).

Чем более расчлененный рельеф в области сноса, тем более грубозернистый материал накапливается и тем его больше. Правда, валуны и гальки обычно далеко не разносятся и накапливаются непосредственно в предгорьях и несколько дальше протягиваются по руслам рек (рис. 43). Кроме того, они могут образовывать прибрежные отложения в водоемах с крутыми берегами (клифами). Само наличие грубообломочных пород свидетельствует о резкой расчлененности рельефа.

Рис. 43. Уменьшение размеров обломков в процессе переноса (транспортировки) осадка

Скорость и режим течения (ламинарный, турбулентный) водных потоков в значительной степени определяют размер и способ перемещения обломков. Так, горные реки со скоростью течения и турбулентным режимом способны перемещать не только песок и гальки, но и глыбы размером до нескольких метров. Равнинные реки обладают меньшей скоростью течения – 0,2–0,5 м/c, а во время паводков – до 2 м/с. Соответственно, размер частиц, которые они переносят, не превышает 0,02 мм (в межень) и до нескольких сантиметров (во время паводка) (рис. 44).

Рис. 45. Зависимость состояния частиц от скорости течения воды (диаграмма Хьюльстрема)

Форма зерен обломочных пород. Следует различать форму и округлость обломков. При описании формы используют термины изометричная, таблитчатая, уплощенная или вытянутая. В процессе переноса обломки шлифуются, окатываются, приобретая округлую форму. Округленность (окатанность) характеризуется сглаженностью углов и ребер. Обычно различают обломки пяти степеней окатанности: неокатанные, угловатые, полуугловатые, полуокатанные, окатанные (рис. 46).

Рис. 46. Механическая обработка обломков в процессе переноса. Форма обломков меняется от угловатой до полуокатанной и окатанной. В верхнем ряду – изометричные обломки, в нижнем – вытянутые.

Быстрее всего окатываются крупные обломки, размер их при длительной транспортировке заметно уменьшается. Механически непрочные обломки (сланцы, слюды) дробятся и переходят в пелитообразное состояние или даже полностью разрушаются (кальцит, доломит, гипс). Химически нестойкие компоненты разлагаются или растворяются.

Первоначальная форма обломка долгое время сохраняется даже при сильной сглаженности углов и ребер, так уплощенный обломок превращается в дисковидную гальку.

Наилучшая окатанность обломков наблюдается в морских и эоловых отложениях, хуже окатаны обломки речных отложений, плохо окатанный материал характерен для конусов выноса временных потоков, ледниковых потоков, верховьев рек, элювия и делювия.

Обломки, переносимые водой, обычно имеют гладкие поверхности без щербин и бороздок. При этом в речных осадках преобладает округлая форма галек, а в морских – уплощенная. Обломки, переносимые льдом часто имеют утюгообразную форму и покрыты штриховкой. Гальки флювиогляциальных потоков похожи на речные, но часто покрыты штриховкой. В пустынях встречаются эоловые многогранники (трехгранники, или вентрифакты) ).

Следует помнить, что истинное представление об условиях образования пород мы можем получить на основании изучения только тех обломков, которые образовались из необломочных пород и приобрели свою форму в течение одного седиментационного цикла.

Степень однородности зерен по размерам или сотрировка обломочных пород связана с дальностью переноса, динамикой среды осадконакопления и скоростью отложения осадка (рис. 47).

Рис. 47. Окатанность и сортировка обломков

Осадки, отложенные при колебательных движениях водной среды из-за многократного взмучивания и переотложения имеют лучшую сортировку по сравнению с осадками, отложенными при поступательном движении воды. Кроме того, сортировка резко ухудшается, если материал поступает из разных источников сноса – частицы разного состава имеют разный удельный вес и перед захоронением не успевают пересортироваться в месте отложения.

Цемент и матрикс.Обязательным компонентом полевого изучения грубообломочных пород является изучение состава цемента. Цемент в обломочных и органогенно-обломочных породах может быть первичным и вторичным. Первичный цемент образуется одновременно с накоплением обломочного материала и представлен карбонатным, железистым, реже кремнистым и глинистым материалом; кроме цемента между гальками присутствуют также песчаные и алевритовые частицы, образующие так называемый матрикс (или заполнитель). Матрикс сохраняется в плохо сортированных породах, транспортировка которых была недолгой.

Рис. 48. Соотношение зерен, цемента и матрикса в обломочной породе

Присутствие глинистого цемента в песчаных или зернистых карбонатных породах также свидетельствует о том, что осадок отложился в мелководной зоне при умеренной гидродинамике, из-за чего частицы илистой размерности осели там же, где и частицы песчаной размерности.

Вторичный цемент возникает после накопления отложений (в диагенезе или эпигенезе) в результате заполнения пор соединениями, выпадающими из растворов, чаще всего кальцитом, доломитом, сидеритом (анкеритом), окислами железа и марганца, кремнеземом, иногда фосфатом. Непосредственно в поле у обнажения следует определить состав цемента, его количество и степень устойчивости по простиранию и мощности пласта.