Обзор классических работ по известнякам

Известняки издавна привлекали внимание геологов. По-видимому, это было обусловлено в первую очередь тем, что их с давних времен использовали в качестве строительного камня, а также тем, что известняки всегда очаровывали геологов обилием ископаемых организмов.

В классической работе Лайелля, которая появилась в 1830 г. и выдержала на протяжении почти 30 лет несколько изданий, имеются пространные описания травертиновых отложений Италии и проводятся сопоставления между недавно возникшими рифовыми коралловыми известняками, например сицилийскими, и современными рифами.

В «Дневнике» Дарвина, посвященном путешествию на корабле «Бигль», и других его работах особо рассматриваются проблемы происхождения коралловых атоллов Индийского и Тихого океанов. Работы Дарвина побудили к проведению многочисленных исследований подобных образований, причем особенно широко они развернулись в течение десятилетия после второй мировой войны, когда Геологической службой США было организовано бурение многих колонковых скважин.

Сорби впервые начал изучать известняки в шлифах с помощью петрографического микроскопа, а также на увлажненных пришлифованных поверхностях (приготовленных с помощью абразивного камня или напильника). Президентское послание Сорби к членам Лондонского геологического общества представляет собой одно из наиболее глубоких исследований известняков. Автор с большим успехом применил свои методы при изучении минералогии и структур известняков и современных карбонатных осадков. Он пришел к выводу, что известняки образовались в основном путем цементации раздробленных и разложенных раковин и кораллов; поэтому расшифровка особенностей строения известняков должна основываться главным образом на результатах изучения минералогии и строения раковин. Сорби провел тщательные определения удельного веса образцов для того, чтобы отличить арагонит (уд. вес 2,93 г/см3) от кальцита (уд. вес 2,72 г/см3). Кроме того, эти минералы он различал по оптическим свойствам (арагонит — двуосный, кальцит — одноосный) и по твердости (арагонит тверже кальцита и оставляет царапину на кристаллах исландского шпата в направлении наиболее короткой диагонали на ромбической грани, тогда как кальцит царапины не оставляет). Применив эти методы, он определил минеральный состав различных типов раковин и объяснил причины различного поведения кальцита и арагонита, а также рассмотрел влияние этих причин на сохранность ракояин и структурных особенностей известняков.

Сорби изучил травертины и туфы, оолиты и систематические коллекции образцов важнейших карбонатных толщ Англии. Он выделил три типа оолитов: 1 — оолиты с концентрическим строением, 2 — оолиты с радиальнолучистым строением и 3 — перекристаллизованные оолиты. Сорби заметил, что «вещество из неориентированных зерен (известковый ил и т. п.) встречается со слойками ориентированных кристаллов в оолитах первых двух типов. В описаниях известняков Англии, выполненных Сорби, встречаются частые упоминания о частицах известкового ила песчаных размеров, оболочках из известкового ила на раковинах и карбонатных концентрах внутри оолитов. Природа таких частиц и оболочек из известкового ила оставалась неразгаданной вплоть до 1954 г., когда была опубликована работа Иллинга по багамским известковым пескам.

Большие успехи в петрографии известняков были достигнуты во Франции, Швеции и Австрии. Обычно в этих описательных работах рассматривались древние известняки; только Сорби провел важнейшие сопоставления между современными карбонатными осадками и древними известняками.

Вальтер, один из выдающихся геологов конца XIX — начала XX вв., написал трехтомное руководство; третий том объемом почти 500 страниц назывался «Литология современных отложений». В этом томе значительное место уделено современным карбонатным осадкам. Вальтер сделал прекрасный обзор исследований этих образований, проведенных до 1893 г. Удивительно, что уже тогда было накоплено много сведений по современным известковистым осадкам. Вальтер был выдающимся ученым, склонным к крупным обобщениям, и проницательным наблюдателем. Он проводил полевые исследования на четырех континентах (в Европе, Азии, Африке и Северной Америке). Исследования современных и плейстоценовых карбонатных отложений Красного моря, выполненные Вальтером, на многие десятилетия определили фронт науки. Именно Вальтер дал термину диагенез, который он заимствовал у Гюмбеля, то значение, в каком он применяется и сейчас большинством геологов. В своей книге Вальтер наметил пути решения многих геологических проблем и один из первых высказался за проведение экспериментальных работ с целью выяснения условий диагенеза карбонатных осадков.

Грэбо выделил большинство разновидностей известняков из известных в настоящее время. Однако его достижения оставались незамеченными, так как немногие геологи отваживались проникнуть в дебри сложной генетической терминологии или разобраться в разбросанных описаниях известняков, приведенных в восьми различных главах его книги. Единственное, но существенное отличие от точки зрения Грэбо на природу известняков заключается в установлении последующими исследователями важной роли волновой переработки химически отложенного в море известкового материала. Хотя Грэбо подчеркивал, что такие известняки «не известны», он отмечал также, что «химически образованные морские оолитовые осадки, возникшие под воздействием волн, могут относиться к этой группе известняков».

Грэбо разделил все породы, включая «известняки», на две основные группы: 1 — эндогенетические породы, образованные под воздействием агентов, связанных с самими породами, в результате кристаллизации расплавленного материала или осаждения из раствора и 2 — экзогенетические породы, образованные под воздействием внешних агентов, например обломочные породы.

Эндогенетические известняки образуются в водной обстановке, поэтому они относятся к гидрогенным породам; по классификации Грэбо эти породы называются известковыми гидролитами. Многие эндогенетические известняки образовались при участии организмов и относятся поэтому к биогенным эти породы были названы известковыми биолитами и разделены на два типа — зоогенные (образованные животными) и фитогенные (образованные растениями). Эндогенетические известняки включают известковые гидролиты, такие, как хемогенные известняки (главным образом морские оолиты, озерные, речные и натечные туфы и восточные алебастры), сталактиты и известковистые туфы и известковые биолиты — органогенные известняки, коралловые породы, ракушняковые отложения (зоогенный ил и т. п.).

К экзогенетическим известнякам относятся разновидности, сложенные обломочным материалом, образованным под воздействием воды [(гидрокальцилиты или гидрокластические известняки), организмы (биокальцилиты) или биокластические известняки)] или ветра (анемокластические известняки). Кроме того, Грэбо разделил экзогенетические породы по размеру зерен нарудитовые (грубозернистые), аренитовые (песчаные) и лютитовые (алеврито-пелитовые). Этот автор предложил новую классификацию морских отложений, в которой морские обломочные известняки — гидрокластические и биокластические — разделяются на терригенные, сложенные материалом, принесенным с суши, и талассогенные — из материала морского происхождения. Важно отметить, что термин Грэбо биокластический не является синонимом термина биогенный, как это предполагали многие геологи. Термин Грэбо относится только к фрагментам более древних пород, которые были раздроблены или дезинтегрированы в результате механической деятельности организмов, разрушающих известняки и сбрасывающих их на дно, таких, как рыба-попугай, обитающая на кораллах, и нуллипоры в рифах.

Хотя в монументальном руководстве Грэбо не были включены многие положения, основанные на данных микроскопического исследования, все прочие аспекты проблемы известняков рассмотрены настолько подробно, что это упущение кажется весьма незначительным. В списке литературы Грэбо приводит многие зарубежные работы, хотя на некоторые работы Сорби по известнякам он не ссылается, возможно, потому, что они в основном посвящены петрографическим исследованиям. Многие из так называемых «новых» достижений в исследовании известняков, появившиеся в США после 1950 г., могли бы быть сделаны еще раньше, если бы изучение известняков начиналось с синтеза данных, приведенных в опубликованных работах Сорби и Грэбо.

В 20-х и в начале 30-х гг. нашего века Клян провел обширные полевые исследования условий образования и петрологии карбонатных пород, однако эти работы в основном остались неизвестными для современных геологов. Большинство работ Кляна посвящено пресноводным карбонатным отложениям. Он был одним из первых исследователей, которые проводили экспериментальные работы. Другой выдающийся исследователь петрологии карбонатных осадков Пиа в период между 1912 и 1933 гг. проделал большие полевые работы. В 1933 г. он обобщил свои наблюдения в монографии «Современные карбонатные осадки» объемом 420 страниц, в которой, как стало известно, были охвачены все полевые данные и весь спектр карбонатных осадков и связанных с ними петрологических вопросов. Эта работа — еще одно из наиболее всесторонних исследований по рассматриваемому вопросу, хотя сейчас она и устарела для многих районов. Автор более половины монографии посвятил современным неморским карбонатным отложениям, причем после него столь обширных исследований не проводилось.

В целом первые исследователи карбонатных пород почти не оказали влияния на современное поколение петрологов, занимающихся их изучением. Переломный момент в истории исследований карбонатных пород наступил в последние 15—25 лет. Это объясняется главным образом большой заинтересованностью нефтяных компаний в решении проблемы карбонатных пород. Огромные нефтяные залежи, открытые в карбонатных породах Среднего Востока, в девонских породах западной Канады и в пенсильванских отложениях западного Техаса, побудили геологов усилить изучение карбонатных образований. В 1959 г. был учрежден Подкомитет по карбонатным породам при Американской ассоциации геологов-нефтяников и были опубликованы ученые записки подкомитета, посвященные Симпозиуму по классификации карбонатных пород, который заставил обратить внимание на историю их изучения.

Аннотированная библиография работ по карбонатным образованиям США и Канады, опубликованных в 1953—1958 гг., снабженная предметным указателем, была составлена Сендерсом.