Осадочные породы

Формирование осадочных пород обусловлено экзогенными про­цессами. Среди осадочных пород выделяют обломочные, хемогенные и органогенные породы.

Обломочные породы (классические). Эти осадочные породы об­разуются в результате разрушения прежде существовавших пород, переноса их обломков в бассейны осадконакопления и дифферен­циации в процессе осаждения.

Основной текстурной особенностью обломочных пород является их слоистость, которая может быть преимущественно горизонталь­ной, косой и неправильной. Выделяют также волнистую слоистость. Текстурные особенности обломочных пород определяются характе­ром, взаиморасположением и количественным соотношением зерен породы и цементирующих веществ.

Цементом называются минеральные вещества, заполняющие в осадочных породах промежутки между зернами и обломками по­роды, и связывающие их между собой. Различают мономинераль- ные и полиминеральные цементы. Состав полиминеральных цемен­тов крайне разнообразен. Чаще всего встречаются глинистые и кар­бонатные цементы.

Цементирующее вещество может развиваться в местах контакта зерен породы (контактовый цемент), неравномерно распределять­ся в породе в виде локальных участков (пятнистый или сгустковый), обволакивать зерна породы в виде пленки (пленочный), развиваться в порах между соприкасающимися зернами (поровый). Если несо- прикасающиеся зерна породы погружены в цементную массу, то та­кой цемент называют базальным. В осадочных породах чаще встре­чаются комбинации двух или более перечисленных типов цементов.

В соответствии со структурными особенностями обломочные породы подразделяются на крупно-, средне-, мелко- и тонкообломоч­ные.

Крупнообломочные породы (псефиты) состоят преимуществен­но из обломков различного состава размером более 2 мм. Различа­ют крупнообломочные породы несцементированные и сцементиро­ванные.

Среди несцементированных пород имеются скопления угловатых неокатанных обломков с поперечным размером свыше 100 мм, которые назы ваются глыбами, от 100 до 10 м м — щебнем, от 10 до 2 м м — дресвой.

- 83 -

Их образование связано с выветриванием горных пород. Породы, состоящие из окатанных обломков тех же размеров, соответственно называются — валунником (более 100 мм), галечником (10—100 мм), гравием (2—10 мм).

Валунник (скопление валунов), образуется при окатывании глыб водами горных рек, морскими волнами, движущимися ледниками; галечник и гравий — в результате окатывания и истирания глыб, валу­нов и щебня водами рек, морей и озер.

Среди сцементированных грубообломочных пород различают брекчию и конгломерат. Брекчия — сцементированные не окатанные обломки (глыбы, щебень и дресва). Конгломерат — сцементирован­ные, окатанные обломки (валуны, гравий и галька).

Среднеобломочные породы (псаммиты) состоят из обломков с раз­мером зерен 0,1—2 мм. Они могут быть: несцементированными — пе­ски и сцементированными — песчаники. По размеру зерен пески и песчаники разделяют на грубозернистые (1—2 мм), крупнозерни­стые (0,5—1 мм), среднезернистые (0,25—0,5 мм) и мелкозернистые (0,1-0,25 мм).

По составу зерен пески и песчаники могут быть мономинераль- ными и полимиктовыми. Мономинеральные пески и песчаники по­лучают название того породообразующего минерала, из которого они преимущественно сложены (например, кварцевый, глауконито­вый, или полевошпатовый песок).

По составу цемента песчаники могут быть глинистыми, извест­ковыми, железистыми, кремнистыми и т.д. Цвет песков и песчани­ков зависит от цвета преобладающих обломков, а у песчаников — и от цвета цементирующего вещества. Пески и песчаники, как пра­вило, служат хорошими коллекторами для нефти и газа, с ними мо­гут быть связаны и россыпные месторождения алмазов, золота, пла­тины и других тяжелых и устойчивых ценных минералов.

Мелкообломочные породы (алевриты) состоят из частиц размером преимущественно в 0,01—0,1 мм.

К несцементированным мелкообломочным породам относятся собственно: алевриты, лессы, суглинки, супеси.

Алевриты представляют собой рыхлую осадочную породу, про­межуточную между мелкозернистыми песками и глинами. Сцемен­тированные алевриты называются алевролитами. Алевролиты могут также служить коллекторами для нефти и газа.

Тонкообломочные породы (пелиты) — глинистые породы с разме­ром частиц менее 0,01 мм, причем размер, около трети частиц, не превышает 0,001 мм. Они состоят из:

- глинистых минералов;

- минералов обломочного (слюды, кварц, полевые шпаты);

- или химического происхождения (карбонаты, сульфаты).

- 84 -

Типичными глинистыми минералами являются каолинит и монтмориллонит. Они различны по составу. Глина, состоящая из каолинита, называется каолиновой (белые глины), а из монтморил­лонита — бентонитовой.

Плотные глины, сцементированные кремнеземом, называются аргиллитом.

Глины и аргиллиты служат хорошими покрышками для залежей нефти и газа.

Среди обломочных пород различают терригенные и карбонатные.

Терригенные породы — песок, песчаник, алеврит, алевролит, гли­на.

Карбонатные породы сложены в основном известняками, состо­ящими из карбонатных зерен разного размера и карбонатных орга­нических остатков. Проницаемые и пористые разности терригенных и карбонатных пород служат коллекторами нефти и газа. В этом от­ношении особенно интересны рифовые карбонатные породы.

Хемогенные породы образуются при выпадении растворенных ве­ществ из истинных и коллоидных растворов на дне водоемов. Струк­тура веществ, связанных с их выпадением из истинных растворов, — кристаллическая, а из коллоидных — скрытокристаллическая. Тек­стура этих пород преимущественно слоистая, но иногда может быть массивной. Основные хемогенные породы, с коллекторами которых связано более половины выявленных мировых запасов нефти, пред­ставлены известняками и доломитами.

Известняки — весьма распространенная порода, состоящая из минерала кальцита; бурно реагирует с соляной кислотой; цвет бе­лый, желтоватый, серый. Типичными представителями известняков хемогенного происхождения являются известковый туф. оолитовые известняки, плотные тонкозернистые известняки.

Доломиты по внешнему виду похожи на известняки: образуются путем доломитизации известняков вследствие замещения в них ча­сти кальция магнием, а также путем химического выпадения из рас­твора при большом содержании в воде магния. В отличие от извест­няка порошок доломита слабо вскипает при действии на него соля­ной кислотой.

Мергели — это известково-глинистая порода, у которой глини­стые частицы сцементированы карбонатным цементом. В отличие от известняка, на поверхности мергеля после капли соляной кисло­ты остается грязно-серое пятно.

Галлоидные породы. Они сложены солями натрия и калия (камен­ные слои) и обычно образуются в результате отложения из водных бассейнов в засушливых областях; залегают в виде пластов боль­шой мощности; нередко служат хорошими покрышками для зале­гания нефти и газа. Галоидные породы являются ценным минераль­ным сырьем.

- 85 -

Сернокислые породы (гипс, ангидрит) образуются из водных рас­творов в условиях замкнутых бассейнов; нередко гипсы и ангидрит переслаиваются с отложениями солей. Ангидриты и гипсы встреча­ются в осадочных породах, особенно в доломитах.

Органогенные породы. Эти породы формируются из останков животных и растительных организмов. Структура их может быть органогенно-обломочной и детритусовой (детрит — перетертые об­ломки раковин). Текстура слоистая, иногда массивная. К органоген­ным породам относят известняки органогенного происхождения. Они образуют известковые напластования, типичными представи­телями которых являются рифы. Разновидность органогенных из­вестняков — мел. С известняками рифовых массивов могут быть свя­заны залежи нефти и газа.

Ископаемые угли представляют собой ряд естественных твердых горючих ископаемых растительного происхождения, содержащих некоторое количество минеральных примесей. Угли характеризу­ются большим многообразием, что обусловлено их происхождением и степенью метаморфизма.

По происхождению ископаемые угли разделяются на две основ­ные группы: гумолиты и сапропелиты.

Гумолиты образовались из остатков высших растений, а сапро­пелиты — из низших (водорослей) и животного планктона в услови­ях зарастающих озер.

В свою очередь гумолиты подразделяются на гумиты и липтоби- олиты. Образование гумитов связано с разложением стеблевых ча­стей высших растений в обводненных, сухих и частично проточно­пойменных болотах. К гумитам относится подавляющее большин­ство встречаемых в природе углей.

Гумиты разделяются натри основных класса, отличающихся сте­пенью метаморфизма: бурые, каменные, антрациты.

Липтобиолиты образовались в результате накопления стой­ких (древесных) частей растений при биохимическом разложении растительного материала в проточно-пойменных болотах. Наряду с углеродом в состав углей входят водород, кислород, азот, сера, гли­нистые минералы и др. От минеральных примесей зависит зольность ископаемых углей, колеблющаяся от 1 до 50%. При зольности свыше 50% угли превращаются в углистые глины или углистые аргиллиты.

Вместе с битумами угли представляют собой минеральные обра­зования органического происхождения, способные гореть и объеди­няемые под общим названием — каустобиолиты.

2.2.4. Метаморфические породы

Метаморфические горные породы образуются в результате воздей­ствия процессов метаморфизма на магматические и осадочные по­роды. Для метаморфических пород типична сланцеватая текстура.

- 86 -

При метаморфизме первоначальная структура и минералогический состав могут полностью или частично изменяться. Большинство ме­таморфических пород имеет полнокристаллическую структуру. Под действием процессов метаморфизма граниты переходят в гнейсы, известняки — в мрамор, кварцевые пески — в кварциты, глины — в глинистые сланцы и далее в гнейсы. Рассмотрим ряд метаморфи­ческих пород по степени увеличения их метаморфизации.

Глинистые сланцы — сланцеватые, метаморфизованные, глини­стые породы в начальной стадии изменения. Характерной чертой их сланцеватости является способность раскалываться на пластины.

Кварциты - образуются при метаморфизме кварцевых песков, песчаников и других кремнистых пород. Это крепкая порода бело­го и светло-серого цвета с полнокристаллической мелкозернистой структурой, массивной и плотной текстурой.

Гнейсы — породы, соответствующие минеральному составу гра­нита и отличающиеся полосчато-штриховой текстурой.

Мигматиты — переходные разности между гнейсами и гранитами.

Контрольные вопросы

1. Как подразделяются горные породы в зависимости от проис­хождения?

2. Назовите типы структур горных пород.

3. Назовите типы текстур горных пород.

4. Какие различают магматические породы в зависимости от ме­ста застывания магмы?

5. Как классифицируются магматические породы по степени кислотности?

6. Как классифицируются осадочные породы?

7. Как классифицируются обломочные породы?

8. Какие породы относятся к крупнообломочным?

9. Какие породы относятся к среднеобломочным?

10. Какие породы относятся к мелкообломочным?

11. Какие породы относятся к тонкообломочным?

12. Какие терригенные породы вы знаете?

13. Какие карбонатные породы вы знаете?

14. Какие хемогенные породы вы знаете?

15. Какие породы относятся к органогенным?

16. Какие породы относятся к метаморфическим?

17. Чем отличаются пески от песчаников?

18. Какие породы являются коллекторами нефти и газа?

19. Назовите породы — покрышки залежей нефти и газа?

20. Чем доломиты отличаются от известняков?

- 87 -

ГЛАВА 3. ОСНОВЫ ИСТОРИЧЕКОЙ

И СТРУКТУРНОЙ ГЕОЛОГИИ

3.1. Основы исторической геологии

Историческая геология изучает историю и закономерности раз­вития Земли с момента образования земной коры. Основные задачи исторической геологии следующие:

• расчленение горных пород по их относительному возрасту от более древних к молодым, а также установление абсолютного воз­раста горных пород;

• прослеживание истории развития органического мира от древ­нейших эпох до настоящего времени;

• воссоздание непрерывно менявшейся физико-географической обстановки и условий формирования осадочных пород;

• изучение истории тектонических движений и развития текто­нических структур;

• выяснение последовательности магматических процессов и об­разования магматических пород;

• изучение закономерностей размещения в земной коре место­рождений полезных ископаемых.

Историческая геология опирается на данные палеонтологии, стратиграфии, петрографии, минералогии, литологии, тектоники и других геологических дисциплин.

3.1.1. Методы исторической геологии

Основные методы исторической геологии, позволяющие восста­навливать геологическое прошлое Земли: стратиграфический, пале­онтологический и палеографический.

Стратиграфический метод основан на изучении последовательно­сти залегания и взаимоотношения слоев и толщ осадочных пород, а также эффузивных и интрузивных пород. Это достигается расчле­нением слоев, слагающих тот или иной разрез, по их относительно­му возрасту и сопоставлением между собой (корреляцией).

Петрографический метод заключается в изучении и сравнении со­става пород в соседних разрезах. Этот метод позволяет судить и об относительном возрасте изверженных пород.

Палеонтологический метод занимается изучением окаменелых остатков некогда живших животных (ископаемая фауна) и растений (ископаемая флора). Остатки служат критерием для определения от­носительного возраста осадочных пород, поэтому этот метод являет-

- 88 -

ся основой стратиграфических исследований осадочных толш. Каж­дый комплекс осадочных пород характеризуется присущим только им полезными ископаемыми, фауной и флорой.

3.1.2. Фации и формации комплексов горных пород

Различные физико-географические условия определяют фор­мирование комплексов осадочных пород, обладающих специфиче­скими для этих условий литологическим составом, палеонтологиче­скими признаками и другими особенностями. Такие комплексы по­род получили название фаций. По месту образования выделяют три основные группы фаций:

• морские;

• лагунные;

• континентальные.

Морские фации подразделяются на группы: прибрежные, мелко­водные, средних глубин и глубоководные.

Среди прибрежных различают фации ила, песка, береговых скал, рифов и другие. Мелководные фации образуются в области шельфа, фации средних глубин — в батиальной области, а глубоководные фа­ции — в абиссальной области.

Среди лагунных выделяют фации опресненных бассейнов, засо- лоненных бассейнов, дельт и эстуариев.

Континентальные фации по условиям осадконакопления подраз­деляются на речные, озерно-болотные, пустынные, предгорий, лед­никовые, межгорных впадин и кору выветривания.

Комплекс пород разных по возрасту, но сходных по происхожде­нию, называют формацией. Формации охватывают комплексы по­род определенного сочетания, образование которых связано с опре­деленными структурно-фациальными зонами. Примером может служить флиш — это мощные толщи мелководных морских отложе­ний, состоящие из ритмически переслаивающихся мергелей, аргил­литов, известковых песчаников и иногда грубообломочных пород. Выделение формаций находит применение при изучении толщ зем­ной коры, сложенной магматическими и метаморфическими поро­дами.

3.1.3. Стратиграфические и геохронологические подразделения

Периодическая смена физико-географических условий привела к большому разнообразию форм животного и растительного мира, которые подразделяются на ряд обширных групп. Представители каждой группы характеризуются своими условиями жизнедеятель­ности и строением. В принятой в палеонтологии классификации крупные группы родственных организмов называются типами. Каждый тип подразделяется на классы, класс — на роды, а род — на виды. Вид является основной элементарной единицей, объединяющей особи,

- 89 -

для которых характерно полное сходство во внешнем и внутреннем строении организмов.

Животный мир подразделяется на следующие типы:

1 — простейшие 8 — другие насекомые

2 — губки археоциаты 9 — другие членистоногие

3 — кишечнополостные 10 —моллюски

4 — двукрылые 11 — иглокожие

5 — перепончатые 12 — остальные типы

6 — чешуекрылые 13 — хордовые

7 — жестококрылые 14 — млекопитающие.

Растительный мир разделен на восемь типов:

1 — слоевцовые 5 — членистостебельные

2 — мхи 6 — папоротниковые

3 — псилофиты 7 — голосеменные

4 —плауновые 8 — покрытосеменные

Смена в геологической истории Земли физико-географических условий обусловила большое многообразие животного и раститель­ного мира на основании различия руководящих и сопутствующих им форм растительного и животного мира, а также различий в петрогра­фическом составе горных пород в толще земной коры, которая под­разделена на пять крупнейших, последовательно сформировавших­ся групп пород. Группы подразделяются на системы, системы, в свою очередь, на отделы, а отделы — на ярусы. Каждое подразделение име­ет свой характерный комплекс руководящей фауны и флоры. Время, за которое происходило накопление осадков данной группы, называ­ется эрой, каждой системы — периодом, отдела — эпохой и яруса — ве­ком. Соотношение их приводится ниже.

Стратиграфические Г еохронологические

подразделения подразделения

1. Группа 1. Эра

2. Система 2. Период

3. Отдел 3. Эпоха

4. Ярус 4. Век

5. Зона 5. Время

Группы, системы, отделы и соответствующие им отрезки време­ни — эра, период, эпоха — составляют Международную стратиграфи­ческую и геохронологическую шкалу, в которой подразделения до отде­лов (эпох), а в ряде случаев и до ярусов (веков) являются едиными для всех материков. Стратиграфическая шкала показывает определенную последовательность накопления толщ земной коры и соподчиненностъ

- 90 -

- 91 -

выделенных стратиграфических единиц (группа, система, отдел, ярус), а геохронологическая — временной этап развития Земли и органическо­го мира за отрезок времени (эра, период, эпоха, век).Международная стратиграфическая и геохронологическая шкалы являются основой периодизации геологической истории Земли.

Ввиду многообразия физико-географических условий не все оса­дочные породы содержат руководящую фауну и флору, а во многих толщах органические остатки отсутствуют. В этих случаях составля­ются местные стратиграфические шкалы. Наиболее крупной единицей местной шкалы является серия. Серия может делиться на свиты, сви­ты — на пачки. Сериям и свитам присваиваются местные географи­ческие названия, пачки нумеруются.

Геологическая карта представляет собой вертикальную проек­цию выходов горных пород на поверхность, изображенную на топо­графической карте с помощью условных знаков (рис. 10). Возраст горных пород на геологических картах обозначается с помощью со­ответствующих индексов, окраски или штриховки.

Индексы — это буквенные и цифровые обозначения возраста по­род согласно стратиграфической шкале, например: D 3 fr

Индекс системы (девонская)............................................... D3

Индекс отдела (верхний) 3

Индекс яруса fr

Для наглядного представления о характере залегания гор­ных пород геологическая карта сопровождается геологически­ми разрезами и стратиграфической колонкой. Геологический раз­рез — это графическое изображение вертикального сечения земной коры вдоль определенной линии. На разрезе отображаются условия залегания горных пород, соотношения пород различного возрас­та. Разрез составляется по данным выходов слоев под четвертич­ные отложения и буровых скважин, пробуренных на различные глубины.