Диагноз обломочных пород

Обломочные породы образуются в различных геологических обстановках, поэтому они имеют различное происхождение (генезис). Чаще всего это осадочные, вулканические и вулканогенно-осадочные породы. Диагностика обломочных пород начинается с выявления обломочной структуры для чего необходимо выделить структурные элементы породы: обломки и цемент.

2.1. Обломок представляет собой особый вид минеральных зерен, отличающийся от кристаллических и ограненных зерен по форме и внутреннему строению. Отличия обломков обусловлены спецификой процесса образования трещин и раздробления по трещинам минеральных агрегатов, часто с последующим окатыванием обломков.

2.2. Распознавание обломков по их формам.

а) Неокатанные обломки – продукты первоначального раздробления минеральных агрегатов или зерен. Формы – многоугольные, геометрически неправильные, криволинейные (рис. 3). На поверхности изломов породы большинство сечений обломков имеют треугольную (субтреугольную) и трапециевидную (субтрапециевидную) форму. В отличие от сечений ограненных кристаллов, где неправильные треугольники и трапеции получаются крайне редко, в неокатанных обломках отсутствует постоянство углов, равенство или параллельность сторон.

Общая особенность всех процессов обламывания и последующего окатывания – это сохранение в очертаниях обломков входящих углов и входящих ребер.

б) Окатанные обломки. Перемещение рыхлых обломочных продуктов разрушения пород сопровождается окатыванием обломков – все выступающие углы и ребра при этом последовательно сглаживаются. Дополнительный признак окатанных форм – отсутствие сглаженности входящих углов (в отличие от форм оплавленных, растворенных и пр.)

Деление обломков по степени окатанности. В плохо окатанных обломках округлены только углы и ребра. Полуокатанные отличаются тем, что около половины поверхности обломка составляют закругления его выступающих частей; остальная часть поверхности – сохранившиеся плоские или сглаженно-неровные первичные «грани» обломка (включая впадины и входящие углы). Окатанные и хорошо окатанные формы отличаются тем, что вся поверхность обломка плавно-криволинейная (исключая входящие углы), во всех сечениях общая форма приближается к эллиптической или шаровой (степень уплощения и вытянутости эллипсоидов зависят от преобладающей формы исходных обломков).

2.3. Описанные в пунктах 2.1.–2.2 среднестатистические закономерности форм обломков полнее всего проявляются при механической изотропности дробящегося вещества. Если же вещество существенно анизотропно в механическом смысле, т. е. минерал обладает хорошей спайностью, а в породе отмечается тонкоплитчатая или тонкопризматическая отдельность, то тогда формы неокатанных, полуокатанных и окатанных обломков будут отражать исходную форму делимости вещества. Это касается, например, листоватых обломков слюды, прямоугольных – полевых шпатов, плитчатых обломков жильного кварца, пластинчатых или линзовидных обломков сланцеватых пород и т. п.

При последовательном дроблении несланцеватых пород их обломки сначала подчиняются форме многогранных блоков отдельности пород, вплоть до размеров минимальных блоков отдельности. Дальнейшее дробление на более мелкие обломки происходит по трещинам произвольной ориентировки, т. е. внутри блоков отдельности порода ведет себя уже как механически изотропная, форма обломков приближается к среднестатистической.

2.4. Внутреннее строение обломков.

а) Монокристаллические обломочные зерна отличаются от кристаллических зерен только формой (см. выше). Неокатанные обломки кристаллов встречаются в катаклазитах, гидротермалитах и вулканических туфах (см. далее).

б) Зернистые обломки представляют собой особый тип минеральных зерен – сложные составные минеральные зерна. Они могут быть представлены самыми разнообразными породами, в том числе и обломочными сцементированными породами, а также разнообразными скрытозернистыми породами. Если зернистый обломок достаточно представителен по размеру, то в нем распознается состав, структура, текстура и даже отдельность породы, которая подверглась дроблению

Выделяя зернистые обломки в качестве структурных элементов породы, их следует рассматривать как «обломки-индивиды», поскольку они четко обособляются своими границами от окружающей массы породы. При этом микрозернистые обломки при макроскопическом наблюдении выглядят как элементарные неделимые частицы породы (их отличие от монокристаллических обломков – матовый блеск в изломе).

2.5. Важными диагностическими признаками обломков являются соотношения между их границами и внутренним строением обломков. В отличие от границ других типов минеральных зерен границы обломков всегда пересекают внутренние структурные элементы самих обломков, притом случайным образом: а) границы кристаллических, органогенных или обломочных зерен, которые входят в состав зернистого обломка; б) спайность и зональность отдельных кристаллов; в) границы всевозможных текстурных неоднородностей породы, которая слагает обломок.

2.6. Обломочная (кластическая) структура характеризует породы, состоящие из обломков и более мелкозернистой минеральной массы, заполняющей пространство между обломками и называемой цементом.

Абстрагируясь от включенных в него обломков, цемент обломочной породы можно описывать как породу. Состав и структура цемента у обломочных пород разного генезиса бывают самыми разнообразными (см. далее п. 2.8.9).

2.7. В основе структурной классификации обломочных пород лежат три признака – форма, размеры и взаимоотношение составных частей, в данном случае – наличие или отсутствие литификации^[4].

По форме обломков породы делятся на неокатанные и окатанные с промежуточными градациями от угловатых до хорошо окатанных. По размеру обломков выделяют грубообломочные породы (конгломераты, гравелиты, брекчии и проч.), песчаники и алевролиты.^[5]По взаимоотношению составных частей обломочные образования делятся на рыхлые (нелитифицированные), которые рекомендуется называть осадками и сцементированные (литифицированные) породы, твердые, связанные цементом.

Ниже приведена структурная классификация обломочных пород осадочного происхождения.

Таблица. 4. Диагностическая классификация осадочных

обломочных пород

(по схеме Московского нефтяного института без глинистых пород, d < 0, 01 мм)

2.8. При описании обломочных пород помимо структурных характеристик указывают цвет, текстурные особенности породы, состав обломков и цемента, степень сортированности обломков.

2.8.1. Цвет обломочных пород зависит от состава обломков и цемента. Для грубообломочных пород, обломки которых представлены различными минералами и породами, характерна пестрота окраски, особенно если обломки контрастируют по цвету с цементом. Для более мелкозернистых пород (песчаники, алевролиты) более характерна однородная окраска, чаще всего серая с разными оттенками. Цвет может служить косвенным признаком состава обломочной породы. Например, для аркозовых песчаников, содержащих более 25 % КПШ, характерны розовые тона, для глауконитсодержащих песчаников и алевролитов – зеленые, железистый (гетит-лимонитовый) цемент придает породе буро-желтые, охристые цвета. Чистые кварцевые песчаники бывают белыми.

2.8.2. Текстура обломочной породы, если она хорошо выражена, может служить признаком, указывающим на условия образования породы. Так, для обломочных пород, формирующихся в водной среде, характерны различные типы слоистых текстур (или просто слоистости): горизонтальная, волнистая, косая и др. (рис. 8). Помимо слоистости к текстурам относят также знаки ряби, трещины усыхания, различные отпечатки на поверхности пластов осадочных пород.

2.8.3. Состав обломков зависит прежде всего от состава породы, подвергшейся разрушению, а также от сортированности, которая обусловлена наличием и дальностью переноса продуктов разрушения. В общем случае, чем дальше перемещены продукты разрушения, тем лучше они сортированы. Агентами переноса являются водные потоки, ветер, а также гравитация.

2.8.4. Степень сортированности обломков в породе характеризуется, как правило, на качественном уровне: хорошо, средне, плохо сортированные или несортированные. В несортированных обломочных породах присутствуют зерна крайне разнообразного состава и расцветки, иногда более десятка разновидностей, в том числе скрытозернистые обломки. В среднесортированных породах преобладают обломки двух-трех минеральных видов или пород, однако, заметное количество (около 10 %) составляют обломки других минералов и пород. В хорошо сортированных породах резко преобладают обломки одного минерала (реже породы), тем не менее в качестве рассеянной примеси могут встречаться зерна различного состава и цвета. Примером хорошо отсортированных пород могут служить чистые кварцевые песчаники эолового происхождения.

По составу и разнообразию обломков в осадочных породах выделяют:

а) мономиктовые (микт – смесь), обломки которых представлены более чем на 90 % одним минералом, чаще всего кварцем;

б) олигомиктовые (малосмешанные), характеризуются также значительным преобладанием одного компонента над другими;

в) полимиктовые, обломки которых разнообразны по составу без преобладания одного из компонентов.

Приведенные термины употребляют главным образом в отношении песчаников – наиболее широко распространенных осадочных обломочных пород.

Несортированные по окатанности грубообломочные породы, т. е. содержащие в одинаковых количествах как окатанные, так и неокатанные обломки, называются конгломератобрекчиями (или конглобрекчиями).

Примером особого случая несортированности по всем параметрам являются морены. Морены (или моренные отложения) – специфические валунно-галечные, валунно-щебнистые или валунно-глыбовые с дресвяно-песчано-глинистым цементом породы, образовавшиеся в результате ледниковой деятельности без участия сортирующих водных потоков. Морены представляют крайний случай полной несортированности и по составу обломков, и по окатанности, и по размерности. Текстуры неслоистые или неявнослоистые, иногда проявляется груболинзовидная отдельность. Морены относятся к рыхлым породам. Рыхлые обломочные отложения формируются на поверхности земли и относятся по возрасту к четвертичному периоду, являясь продуктом новейших гипергенных процессов. Малая мощность и молодость отложений обусловливают их нелитифицированное, т. е. рыхлое состояние. Древние уплотненные, литифицированные морены называются тиллитами.

2.9. Каждый вид обломочных пород определяется своим интервалом размера обломка (табл. 4); в пределах этого интервала дополнительно существует подразделение на подвиды крупности: крупно-, средне- и мелкообломочный подвиды.

Например, для песчаников выделяют следующие фракции: мелкозернистый (0, 1–0, 25 мм), среднезернистый (0, 25–0, 5 мм), крупнозернистый (0, 5–1 мм).

2.10. Дополнительные диагностические признаки песчаников, отличающие их от мелкокристаллических пород:

а) изометричность большинства зерен не зависит от их состава;

б) большее однообразие размеров зерен не зависит от состава в сортированных породах;

в) в несортированных породах, наоборот, отмечается «пестрый» состав, песчинки имеют разнообразный цвет и размер, в то время как у кристаллических пород чаще преобладают два–три минеральных вида; 4) присутствие между зернами цемента – глинистого, карбонатного, кремнистого и др.

2.11. Алевриты и алевролиты по размеру занимают переходное положение между явно- и скрытозернистыми породами. Признаки, отличающие их от глинистых пород:

а) на свежем изломе (либо на сильно выветрелых поверхностях) в алевролитах бывают различимы по цвету или по блеску отдельные субмикроскопические зерна;

б) излом неправильный или неровный раковистый, его поверхность шероховатая, что хорошо видно при косом освещении;

в) при растирании между пальцами алевритовой пыли явственно ощущается перекатывание мелких частиц.

Алевропесчаник – слабо сортированная обломочная порода переходного состава, содержащая наряду с алевролитовой массой заметное количество песчаной фракции. Та и другая фракции различимы визуально по своим признакам.

2.12. Ниже приведены особенности обломочных пород различного генезиса.

2.12.1. Фациальный ряд рыхлых обломочных континентальных пород:

а) Элювий. Продукты выветривания неокатанные и несортированные (от глыб, щебня до песка и глины). Неслоистые. Образуются на пологих поверхностях коренных скальных пород и соответствуют им по составу обломков.

б) Делювий. Продукты выветривания неокатанные и несортированные с нерезкой слоистостью. В отличие от элювия образуются на склонах (менее 35^○ ) и медленно сползают вниз, поэтому по составу отличаются от подстилающих пород.

в) Коллювий. Щебнисто-глыбовые продукты выветривания. Скатываются и накапливаются в подножиях скалистых склонов (угол склона более 35°) в форме осыпных конусов и шлейфов с углом естественного откоса до 35–37°. По составу отвечают среднему составу скал.

г) Пролювий. Слабо- и среднеокатанные щебнисто-глинистые наносы. Накапливаются в руслах временных водотоков и в конусах выноса (углы наклона 2–15°). Слоистость параллельная и линзовидная. Состав – средний по бассейну водотока.

д) Аллювий. Средне- и хорошоокатанные, хорошо сортированные («промытые») наносы – валунники, галечники, гравий, пески. Слоистость параллельная, косая, линзовидная. Залегают в руслах постоянных водотоков, на поймах и в террасах речных долин.

е) Моренные отложения (характер см. выше, в п. 2.8.4).

2.12.2. Отдельность вышеперечисленных пород – чаще всего послойная плитчатая, более тонкая в тонкозернистых породах. В деформированных породах нередко имеются системы секущего кливажа.

2.12.3.Среди неокатанных мелкообломочных пород чаще всего встречаются породы с вулканогенным составом обломков. Обломки обычно представлены эффузивными породами, кристаллами, микрозернистой или стекловатой основной массой эффузивов. Эти специфические вулканические обломочные породы называются пирокластическими; к ним относятся пеплы и туфобрекчии. В генетический подкласс пирокластических пород входят также брекчии эффузивного состава (см. п. 2.8.9 д, е).

Диагностические отличия туфобрекчий от осадочных и кристаллических пород:

а) специфическая форма неокатанных обломков, наличие треугольных и субтреугольных сечений зерен – обломков кристаллов и эффузивных пород, их основной массы;

б) наличие микрозернистых обломков, что совершенно исключено для зерен кристаллических пород;

в) средняя и плохая сортированность, особенно по составу, пестрый облик породы в целом;

г) неяснослоистая или однородная текстура.

2.12.9. Брекчии. Образование брекчий, сопровождаемое дроблением пород и последующей цементацией неокатанных обломков, может происходить на фоне самых разнообразных процессов породообразования – как гипергенных, так и гипогенных. Поэтому подвиды брекчий выделяют в соответствии с составом и текстурой той цементирующей массы, которая связывает обломки.

а) Тектоническая брекчия. Состав обломков отвечает составу вмещающих пород, среди которых залегает тело брекчии, и обычно не очень разнообразен. В цементе всегда находятся продукты дробления тех же самых пород, что и в обломках, т. е. цемент представляет мелкообломочную несортированную по размерам брекчию с определенным количеством тонко перетертого материала, имеющего облик песчано-алеврито-глинистой массы. Текстуры – неяснопятнистые, грубополосчатые, линзовидные. Отдельность – неправильная, плитчатая, линзовидная. По трещинам отдельности бывают зеркала скольжения.

б) Осадочная брекчия. Состав обломков чаще всего осадочный, обычно однообразный. Цемент представлен той или иной осадочной породой с присущими ей структурой и текстурой. Текстура брекчии в целом слоистая. Характерна согласованность между слоистой текстурой цемента и предпочтительной ориентировкой, расположением обломков внутри прослоев или вдоль их границ. Отдельность плитчатая.

в) Гидротермальная брекчия. Состав обломков – вмещающие породы или жильные, гидротермальные породы (или то и другое). Цементом всегда служит гидротермальная жильная порода с присущими ей текстурой и структурой. Текстура брекчии в целом сложнопятнистая, гнездовая, полосчатая, сложнобрекчиевидная («брекчия в брекчии»), сетчатая.

г) Интрузивная брекчия. Состав обломков – чаще всего интрузивные, реже метаморфические (типа роговиков или кристаллических сланцев) породы. Цемент – всегда интрузивная порода. Обломки нередко имеют по краям каемки контактового воздействия, которые проявляются в изменении цвета, в следах перекристаллизации. Углы обломков (как входящие, так и выходящие) иногда округляются за счет оплавления.

д) Лавобрекчия. В составе обломков одна или несколько эффузивных пород, обычно близких по составу; редко встречаются туфогенные породы и пр. Цемент – всегда эффузивная порода, обычно близкая по составу к вулканическим обломкам данной лавобрекчии, реже состав отличается. Текстуры неоднородные, комковатые, иногда линейно- или плоскопараллельные, с участием вытянутых миндалин или пузырей. Отдельность бывает сложная, глыбовая.

е) Туфобрекчия. Состав обломков – эффузивные породы (иногда лавобрекчии, туфы и т. п. «вулканиты»). Цементом служит туф – пирокластическая мелкообломочная порода. Текстура грубопятнистая, иногда неясно-слоистая.

2.12.10. Туфолава (игнимбрит). Эффузивно-обломочная порода, обычно кислого или среднего состава, которая сочетает в своей структуре и текстуре признаки лавобрекчии, туфобрекчий и эффузивных пород. Образуется при спекании вязких неостывших продуктов вулканических извержений: при взрывах с выбросом раскаленных пепло-газовых туч отлагаются разного размера капельные, мягкие комковатые, полупластичные и твердые остроугольные обломки и частицы. Туфолава включает всегда обломки эффузивных пород с неокругленными, иногда даже зазубренными очертаниями, но в отличие от лавобрекчий эти обломки в большинстве имеют явно сплющенную, вытянутую, иногда даже извилистую форму в виде линз с острыми «пламевидными» расщеплениями по краям. Состав цементирующей массы – эффузивная порода, часто порфировой структуры, но в отличие от цемента лавобрекчий всегда засорена мелкими обломками кристаллов, эффузивов, иногда туфов. Текстура туфолав – плоскопараллельная, линзовидно-полосчатая, неясно-полосчатая, флюидальная; полосы цемента обычно плавно «обтекают» крупные пламевидные обломки.