30.04.2018

Обзор литературы по доломитам


Доломитам посвящено очень большое количество работ. Помимо многочисленных описаний доломитовых отложений имеется множество работ, в которых предпринимались попытки к разрешению традиционных «доломитовых проблем», или «доломитовых вопросов». Многие из положений, выдвинутых в этих ранних работах, посвященных вопросам генезиса доломитов, как показали результаты недавних исследований, оказались неприемлемыми. Тем не менее обзор этих работ в свете современных знаний будет полезным, так как он поможет оценить недостатки и достоинства прежних гипотез.

В истории изучения доломитов можно выделить два периода; их разделяет рубеж, ознаменовавшийся внедрением рентгеновских методов исследования. Большинство современных выводов по доломитовой проблеме основано непосредственно на результатах исследований с применением рентгеновских методов.

В настоящей главе авторы не пытались полностью осветить всю литературу по доломитам или хотя бы перечислить все работы, в той или иной мере касающиеся доломитовой проблемы; вместо этого в обзор литературы включен только ограниченный круг работ. Однако библиография, приводимая в этих работах, поможет читателю ориентироваться во всей мировой литературе по доломитам.

Любой обзор литературы по доломитам вполне обоснованно начинается с монографии Ван Туила. В этой классической работе автор обобщил всю имеющуюся литературу и рассмотрел все возможные аспекты доломитообразования.

Более короткие сводки, посвященные состоянию доломитового вопроса, появлялись в Treatise on Sedimentation. В книге Хатча и др. дан особенно хороший обзор, использующий в основном результаты изучения великобританских доломитов. Блестящая сводка по доломитовой проблеме была составлена Фэйрбридшем, который обобщил обширную литературу, появившуюся до 1956 г. Более ранние обзоры имеются в работах Линка, а наиболее полный перечень ранних работ можно найти в статье Кли.

Геологические доказательства почти одновременного замещения осадков карбоната кальция доломитом позволяли утвердить эту точку зрения в качестве ведущей гипотезы, несмотря на то что механизм образования доломита оставался неизвестным. Первичное образование доломита в осадочной среде с осторожностью принималось как возможное, хотя большинство геологов считали, что оно не играет большой роли.

Главный переломный момент в этом «стандартном» американском положении с доломитовой проблемой наступил в результате очень детальных петрографических исследований триасовых доломитов Австрийских Альп, выполненных Сендером.

Сендер попытался разделить карбонатные минералы по стадиям формирования породы. Внешние отложения на верхней свободной поверхности осадка Сендер отличал от внутренних отложений на поверхностях связующих полостей в массе осадка. Он выделил три главных механизма осадконакопления. Один из них приводил к образованию механических отложений, включая терригенный детритус (переотложенный карбонатный материал), кристаллы, ооиды и т. п.— все материалы, которые перемещались течениями и в конце концов осаждались. Другой механизм отмечался в образовании химических осадков, отложенных на свободных поверхностях в виде крупных кристаллов, выросших перпендикулярно к поверхности, уплощенных кристаллов или колломорфных сростков (радиально-волокнистые агрегаты, блестящие с поверхности) и гелей (?) или осадков, отложенных не на свободных поверхностях, а внутри осадочного материала. Наконец, третий путь заключался в накоплении биогенных образований, таких, как сыроподобные пористые корки без органических структур или органогенные инкрустации, образованные инкрустирующими организмами.

Биогенными Сендер называл только такие органогенные корочки, но не выделял в качестве биогенных механические осадки, состоящие из скелетных органических остатков.

Он пришел к выводам о том, что доломит может быть 1) биогенно осажденным, 2) механически отложенным или 3) химически осажденным. Возникновение крупных кристаллов кальцита или доломита рассматривалось как кристаллизация в открытых или закрытых структурах, будь то на свободной поверхности или в массе осадка, или как образование аутигенных кристаллов (голобластов по Сендеру).

Сендер подчеркивал важную роль первичного доломита. Он рассматривал доломит как первичный, если его место в породе раньше не было занято кальцитом. Некоторые из его примеров включают раковины фораминифер, которые, будучи первоначально кальцитовыми, впоследствии заместились доломитом. Такая замещенная раковина слагалась первичным доломитом в том случае, если она подвергалась переработке и переотложению в то или иное место погребения. К первичному доломиту были отнесены также крупные кристаллы, которые лишь изредка возникали на свободной поверхности осадка, а росли в основном во внутренних полостях. Предполагается, что в триасовых доломитах, изученных Сендером, кальцитизация доломита имела большее значение, чем доломитизация кальцита. Фон Морло в 1847 г. ввел термин дедоломитизация для обозначения процесса кальцитизации доломита. Позднее Тилл применил этот термин при описании метаморфического разрушения доломита с образованием кальцита и периклаза, однако в настоящее время под дедоломитизацией понимают процесс осадочной перекристаллизации, при котором за счет доломита образовывался кальцит.

Клауд и Барнс широко охватили доломитовую проблему в связи с их обширными исследованиями кембрийско-ордовикских отложений группы Элленбергер в центральной части Техаса. Они подтвердили многие «традиционные» представления того времени: 1) в слоистых доломитах присутствует магний, заимствованный из морской воды; количество магния, привнесенного гидротермальными или грунтовыми водами, ничтожно; 2) осаждение первичного доломита неизвестно в современных осадках и поэтому остается гипотетичным для древних толщ; 3) большинство слоистых доломитов образовалось либо в результате почти одновременного с осаждением замещения отложений углекислого кальция на дне моря, либо в результате осаждения первичного доломита; так как доломиты первого типа преобладают и невозможно отличить один тип доломитов от другого, то нет и причин, по которым следовало бы допускать первичный генезис доломита, когда его вполне удовлетворительно объясняет гипотеза почти одновременного замещения; 4) доломиты встречаются в участках, расположенных ближе к берегу, чем одновременно отложенные известняки, и сменяются последними в направлении участков открытого моря (никакого объяснения этой картины распределения авторы не предложили) и 5) непосредственное осаждение доломита из вод может происходить в эвапоритовых бассейнах, представляющих обособленный тип обстановки осадконакопления. Клауд и Барнс отмечали, что на участке Льяно в группе Элленбергер никаких пластических доломитов не встречается. Допуская возможность первичного осаждения доломита из морской воды, они предположили, что в то время, как в одном месте из подвижных вод осаждался карбонат кальция, в другом — доломит из обедненных кальцием вод. Наконец, они наблюдали, что в породах Элленбер-герской группы рост доломитовых ромбоэдрических кристаллов не приводил к возникновению пористости и что пористость большей частью обусловлена последующим растворением кальцитовых включений между зернами доломита; эти авторы ссылаются на Муррея, предполагавшего, что пористость в доломитах обусловлена более поздним выщелачиванием.

Признавая важную роль доломитов, образовавшихся путем замещения отложений карбоната кальция, Купер, считал, что первичные доломиты распространены гораздо шире, чем это обычно допускалось. Выводы Купера основывались на химических, стратиграфических и микроскопических исследованиях кембро-ордовикских пород в центральных Аппалачах, Виргиния, США. Среди доломитов Кнокс в северо-западных поясах распространения, особенно у Камберленд-Гап в Виргинии, отсутствуют известняки, но зато присутствуют пласты кремнистых пород и многочисленные прослои кварцевых песчаников. В юго-восточном направлении доломиты постепенно сменяются известняками, при этом уменьшается количество примесей кремнезема и Al2O3. Содержание SiO2 в доломитах изменяется в пределах 2,5—12%, тогда как в известняках — 0,5—2,5%. В промежуточных поясах выхода на поверхность этих пород хорошо прослеживается этот переход, особенно в породах формации Чипултепек в окрестностях Блэксберга в Виргинии (средняя часть кембро-ордовикской толщи). Купер заключал, что доломитизация, как первичная, так и замещения, во многих случаях происходила по существу на поверхности раздела осадок — морская вода. Он отмечал, что если известковый ил настолько отвердел, что может разламываться на отдельные обломки, то он становился после этого фактически невосприимчивым к доломитизации. Так как все пластовые известняки имеют мелкозернистое сложение и содержат мало кремнезема, Купер доказывал, что песчанистые доломиты северо-западных поясов обнажений не образовывались путем замещения известковых отложений. Он приходит к следующему выводу: «Следует отказаться от представления о доломитизации как о процессе, требующем необычных условий, которые уже не встречаются в мелководных обстановках... Я считаю, что имеются веские доводы в пользу предположения, что первичное осаждение доломита — возможный, весьма вероятный процесс...».

Данбар и Роджерс дали краткий обзор доломитовой проблемы. Они разделили доломиты на три группы: 1) пластовые доломиты, названные S-доломитами, 2) доломиты, связанные с трещинами, Т-доломиты и 3) доломиты, образованные путем выщелачивания грунтовыми водами, W-доло-миты. Эти авторы допускали, что первичные доломиты могут образоваться в эвапоритовых условиях там, где доломит осаждался бы непосредственно из морской воды наряду с гипсом, ангидритом и галитом; однако они также подчеркивали важную роль и характерные признаки доломитов, образовавшихся в результате замещения, почти одновременного с осаждением отложений углекислого кальция. Они пришли к выводу, что большинство S-доломитов образовалось в результате замещения известкового ила и известкового песка, которые затем переоткладывались механическим путем в теплых мелководных морях; доломитизация этих осадков возможна в том случае, если pH перекрывающих вод будет больше 9. Кроме того, химизм диагене-тических флюидов может также обеспечить условия, благоприятствующие процессу замещения доломитом кальцита или арагонита.

Риулинг впервые обратил внимание на обогащение магнием пород, находящихся в приливной зоне, и использовал эти данные как возможное объяснение условий распределения доломитов в скважине Фунафути. Фэйрбридж также обратил внимание на важность этого процесса и привел другие примеры его проявления, включая примеры обогащения магнием цемента прибрежных пород в теплых широтах, заимствованные из работ Гардинера, Бреннера и Торпа. Фэйрбридж также ссылался на данные, согласно которым прочно сцементированные слои в известковых отложениях характеризуются повышенным содержанием магния, как это имеет место в Большом Барьерном рифе, который он описал еще раньше. Немногие геологи поняли значение этого процесса и даже сам Фэйрбридж далеко не полностью осознал его истинное значение; оно было понято только в результате последующих открытий доломита в современных отложениях.

Теодорович обобщил обширную советскую литературу по осадочным доломитам и попытался связать распространение доломитов с изменением атмосферных условий земной коры в течение геологической истории. Он показал, что доломиты могут образовываться при различных условиях, однако ведущую роль играет доломитизация известкового осадка. Теодорович заключил, что образование доломитов зависит от следующих главных факторов: парциального давления CO2, относительных количеств растворенных солей в воде (катионов и анионов), солености, температуры воды и pH. Согласно Теодоровичу, первичные хемогенные доломиты получали преимущественное развитие в докембрийских и нижнепалеозойских морях. В верхнепалеозойских морях первичные хемогенные доломиты не образовывались; в это время доломиты возникали только в результате диагенетического замещения осадков карбоната кальция, которые отлагались в этих морях. В верхнем палеозое первичные доломиты возникали только в осолоненных лагунах и крупных слабоосолоненных морских заливах. В мезозое и кайнозое роль доломитов среди осадочных карбонатных пород резко падает и господствуют доломиты замещения. Теодорович объясняет эти особенности изменениями процессов доломитообразования во времени закономерным падением парциального давления CO2 в атмосфере Земли. Он считал, что парциальное давление CO2 было большим в докембрии и нижнем палеозое и что это способствовало химическому осаждению первичного доломита в морях. По мере снижения парциального давления CO2 со временем, если следовать его аргументации, образование первично хемогенного доломита сокращалось и преобладающее развитие получали доломиты замещения. Г.И. Теодорович также вступил в дискуссию с Н.М. Страховым об относительном значении «основных фактов», которым Н.М. Страхов придавал решающее значение в доломитовой проблеме. Статья Г.И. Теодоровича читается с интересом; в ней отражен опыт тридцатилетнего изучения стратиграфических толщ крупных карбонатных провинций Советского Союза и дается анализ доломитовой проблемы. Однако, по мнению авторов настоящей главы, открытие современных доломитов ставит под сомнение гипотезу Теодоровича о закономерном изменении парциального давления CO2 в земной атмосфере.

Гарро и соавторы обобщили работы французских геологов, посвященные доломитовой проблеме, в трех направлениях: 1) нефтеносные коллекторы Парантиса, 2) тектоническая доломитизация на юге Франции и 3) экспериментальные работы и роль физико-химических факторов при синтезе доломита. В первой части было показано, что распространение доломитов в нефтеносном бассейне Парантис контролируется стратиграфически и тектонически; тектонический тип доломитов ассоциирует с главной системой разломов. Во второй части рассматривалась связь доломитизации с разломами в юрских известняках на юге Франции. Этот интересный раздел напоминает работы Хьюэтта и Фридмена (неопубликованные данные) в США. В третьей части описаны экспериментальные исследования по синтезу доломита с применением растворов хлористого кальция и хлористого магния и добавлением ионов CO3в2-. Детально объяснена роль температуры, парциального давления CO2 и других факторов при синтезе доломита.

Ингерсон пришел к выводу, что проблемы образования доломитов главным образом поднимают вопросы, касающиеся преимущественного возникновения первичного или вторичного доломита: условия осаждения первично хемогенного доломита, возможных источников растворов, которые определили образование вторичных доломитов (доломитов замещения), условий и времени образования доломитов замещения. Этот автор рассмотрел литературу по первичным доломитам и отметил, что доломитосодержащие отложения ассоциируют с мелководными обстановками, ростом растений и повышенными значениями pH, хотя он предполагал, что, возможно, не обязательно имело место прямое осаждение хемогенного доломита. Ингерсон также предположил, что даже в том случае, если имелись условия для осаждения хемогенного доломита, он мог образоваться путем замещения кальцита и (или) арагонита. Этот автор рассмотрел характер распределения доломитов в аспекте геологического времени и поднял ряд вопросов, касающихся преобладающего развития доломитов в докембрийских и палеозойских толщах по сравнению с более молодыми породами. Согласно Ингерсону, несмотря на многочисленные литературные ссылки и цитированные представления прежних авторов, эта проблема остается нерешенной. Статья Ингерсона заканчивается предложениями продолжить дальнейшие исследования, начатые Твенхофелом, Фэйрбриджем и Клаудом, наряду с работами по бактериальному осаждению доломита и лабораторными экспериментами.

Быстрый прогресс в интерпретации природных обстановок доломитообразования был тесно связан с внедрением рентгеновских методов исследования, благодаря которым идентификация доломита стала простой, надежной и действенной. Чэйв и Споттс установили зависимость между химическим составом и рентгеновскими характеристиками образцов, которая, несомненно, указывала на то, что в структуру кальцита может входить большое количество магния в виде твердого раствора. Гольдшмит с соавторами провели дополнительные исследования в этом направлении и представили диаграммы зависимости межплоскостных расстояний от количества магния, входящего в кальцит, основанные на данных спектральнохимических анализов и порошкограмм. Граф и Гольдшмидт отмечали, что полностью упорядоченный доломит искусственно получается в течение относительно короткого периода времени при несколько повышенной температуре (=200° С). При более низких температурах получают протодоломит — единственный реакционный продукт, который по структуре сходен с доломитом. Протодоломиты представляют собой доломитоподобные материалы, включающие примерно до 10 мол.% избыточного СaСO3. Гольдшмит и Граф отмечали, что по особенностям состава и структуры доломиты из осадочных пород, возраст которых охватывает интервал от ордовика до эоцена, сходны с искусственными протодоломитами. Такие доломиты часто содержат около 5 мол.% избыточного CaCO3 и имеют ослабленные линии на рентгенограммах по сравнению с доломитами с молярным отношением CaCО3/MgCО3, равным 1. Эти особенности состава и структуры не наблюдались ни в метаморфических или гидротермальных доломитах, ни в большинстве образцов из эвапоритовых толщ. Доломиты, богатые СaСO3, теряют его и достигают равновесного состояния, если их выдерживать при высокой температуре в присутствии плавня.

Определение отношения кальцита к доломиту рентгеновскими методами сейчас стало обычной процедурой так же, как и определение отношения кальцита к высокомагнезиальному кальциту.





Яндекс.Метрика