18.01.2021

Номенклатура и классификация песчаников


Разработка номенклатуры и классификации песчаников всегда была популярным академическим занятием. Клейн и Петтиджон и др. составили обзоры классификаций. В классификациях важно, чтобы различные типы песчаников имели названия, хорошо известные геологам-практикам и согласованные с ними. В любой номенклатурной системе должны быть пограничные параметры, которые отделяют один тип пород от другого.

Такие пограничные параметры имеют наибольшее- значение тогда, когда они основываются на генетических концепциях. Основная проблема классификации песков заключается в том, что они могут быть сгруппированы в соответствии с их гранулярным составом (т. е. по размеру зерен и содержанию основной массы) или с их химическим, т. е. минеральным составом. Думается, что для номенклатуры песчаников можно найти гораздо больше текстурных и минералогических особенностей, чем это можно представить в какой-либо классификации, основанной на трех или четырех параметрах.

Вероятно, более логичными могут быть классификации, основанные на статистических вычислениях, например, на факторном анализе. С другой стороны, в таких схемах нет той простоты и наглядности, как, например, в схемах, основанных на ограниченном числе параметров. Поэтому большинство классификаций песков основываются на треугольных диаграммах, вершины которых соответствуют 100% содержаниям кварца, глинистого вещества и нолевых шпатов.

Одна из наиболее плодотворных концепций, на которых основываются номенклатуры песчаников — это концепция зрелости осадка. Созревание песков происходит двумя путями. Они могут созревать как химически, так и физически.

Осадки образуются за счет выветривания пород различного минерального состава. В ходе выветривания и транспортировки относительно неустойчивые минералы разрушаются, и вследствие этого возрастает соответственно содержание химически устойчивых минералов. Кварц — наиболее распространенный устойчивый минерал, а полевой шпат — один из неустойчивых минералов. Поэтому отношение содержания кварца к содержанию полевых шпатов может служить показателем химической зрелости породы. По мере того как осадки перемываются и проходят, возможно, два или более циклов седиментации, они достигают наибольшей зрелости, становясь чистыми кварцевыми песками.

С другой стороны, структурная (физическая) зрелость включает те изменения, которым подвергается осадок, начиная от стадии выветривания до стадии отложения. К этим изменениям относятся как увеличение степени сортировки, так и уменьшение содержания матрикса.

Одним из хороших показателей степени структурной зрелости является отношение обломков к матриксу.

Как структурное, так и химическое созревание песка имеет место на протяжении его истории, но эти виды созревания не связаны тесно между собой. Так, например, химически зрелый песок может оказаться структурно незрелым, и наоборот. Это имеет место потому, что химический (минеральный) состав унаследуется от пород источника, а гранулярный состав формируется при осадочных процессах.
Номенклатура и классификация песчаников

Из предыдущего обзора становится ясно, что наиболее приемлемой классификационной треугольной диаграммой была бы такая диаграмма, на которой вершины треугольника соответствовали бы содержаниям 100% зерен устойчивых минералов, 100% — матрикса и 100% — зерен неустойчивых минералов (фиг. 29). По мере увеличения степени структурной зрелости песок содержал бы все меньше матрикса. По мере увеличения степени химической зрелости в песке все меньше содержалось бы зерен неустойчивых минералов.

Так как созревание происходит одновременно в этих двух направлениях, хотя и с разными скоростями, в осадке в общем увеличивается содержание зерен устойчивых минералов. Полное созревание может не достигаться в течение единого осадочного цикла, но в конечном итоге любой песчаный осадок должен достигнуть его.

Зрелость осадка можно оценить количественно.

Структурная зрелость (Mp) может колебаться от 0, если вся порода представлена матриксом, до 100, если в породе присутствуют только зерна, а именно:

где Mp — показатель структурной зрелости; G — объем зерен и M — объем основной массы.

Подобным образом можно ввести показатель химической зрелости (Мc), который будет варьировать от 0 в осадке, не содержащем химически устойчивых зерен, до 100 в осадке, в котором все зерна представлены химически устойчивыми минералами, т. е.

где Mc — показатель химической зрелости, Gs — объем химически устойчивых зерен и Gu — объем химически неустойчивых зерен.

Если взять среднеарифметическое этих двух показателей химической и структурной зрелости, то можно оценить степень общей зрелости песка

где Mn — показатель общей зрелости.

Эти формулы могут быть использованы в качестве основы для разработки номенклатуры песчаников (фиг. 30). Общее содержание глинистого материала в песке, очевидно, наиболее всего соответствует содержанию матрикса. Полевые шпаты — это наиболее обильные и часто встречающиеся неустойчивые минералы, содержание которых может быть взято как показатель химической незрелости осадка. Роль индикаторного минерала химической устойчивости несомненно принадлежит кварцу.

Используя эти три показателя — содержания кварца, полевых шпатов и глины, классификационную схему песков можно представить в виде треугольной диаграммы (фиг. 31). Здесь показано, что пески можно разделить на две большие структурные группы — арениты и вакки. Арениты, содержащие менее 15% матрикса, являются структурно зрелыми, а вакки, содержащие 15—75% матрикса, — незрелыми песками. Породы, содержащие более 75% матрикса, являются уже глинами, а не песчаниками.

Подобным образом пески могут быть разделены на химически зрелые арениты и химически зрелые вакки. В обоих типах присутствует менее 25% полевых шпатов. Эти типы песчаников называются протокварцитами и кварцевыми вакками. Зрелые арениты логически более правильно следовало бы называть (и так они уже назывались) кварцевыми аренитами, однако такие породы уже длительное время называются протокварцитами. В поле, примыкающем к кварцевой вершине треугольника, расположены ортокварцитовые пески — самые чистые и полностью зрелые.

Пески, содержащие более 25% полевых шпатов, являются химически незрелыми и подразделяются на аркозы (среди аренитов) и граувакки (среди вакк). Правильнее было бы называть их полевошпатовыми аренитами и полевошпатовыми вакками, но термины аркоз и граувакка являются привычными и хорошо определенными.

Итак, согласно рассматриваемой схеме, пески условно разделяются на четыре главные группы в зависимости от степени их структурной и химической зрелости. Эта схема сходна со многими другими классификационными схемами, которые несколько отличаются одна от другой по основным параметрам, названиям пород и граничными содержаниями компонентов. Вероятно, каждый геолог имеет свой собственный взгляд на классификацию песков, но, к счастью, не все эти взгляды опубликованы, Прежде, чем перейти к рассмотрению четырех главных групп песчаников, необходимо особо остановиться на таких компонентах, как матрикс и обломки пород (известных специалистам как лититовые зерна).

Содержание глинистого вещества было предложено считать показателем степени структурной зрелости осадка. Это положение основывается на том общем факте, что в современных осадках глинистый материал стремится отделиться от песка при транспортировке и в обстановках с постоянной высокой энергией, таких, как мелководные морские шельфы. Все это вполне справедливо, но совсем не обязательно, чтобы весь глинистый материал литифицированных песков осаждался одновременно с песчаными частицами. Часть матрикса, вероятно, вносится в поровое пространство вскоре после осаждения песков. Часть глинистого материала попадает в осадок в виде частиц алевритового и песчаного размеров. При уплотнении частицы расплющиваются, и они уже представляют матрикс, залегающий между более устойчивыми зернами.

В течение диагенеза неустойчивые обломочные зерна разрушаются и преобразуются в микрокристаллический матрикс, представленный в основном глинистыми минералами. Это особенно характерно для граувакк. Однако неизвестно, образовались ли граувакки в результате отложения илистого песка, или матрикс образовался за счет разрушения неустойчивых зерен. Сходные проблемы часто возникают в отношении аркозов. Полевошпатовые зерна обычно в разной степени изменены в каолинит, но также можно видеть, что отдельные зерна, сложенные каолинитом, находятся на разных стадиях уплотнения между кварцевыми зернами. В таких породах вряд ли можно точно определить содержания полевых шпатов и глинистой основной массы.

Таким образом, содержание глинистого матрикса следует рассматривать только как приближенный показатель структурной зрелости. В литифицированных песках содержание глинистого материала, вероятно, гораздо выше, чем содержание матрикса в первоначальном осадке.

Обломки пород — другой важный компонент песчаников, заслуживающий специального внимания. Во многих песках присутствуют зерна, которые представлены не отдельными минералами, а агрегатами минералов. Такие зерна называются лититовыми зернами, или обломками пород. Содержание лититовых зерен часто берется в качестве основного параметра для классификационных схем песчаников, и поэтому появились такие названия, как лититовая граувакка и литаренит.

В отношении лититовых зерен следует учитывать два важных момента. Во-первых, содержание лититовых зерен в песке, по всей вероятности, связано с размером индивидуальных частиц (зерен, кристаллов) в породах района источника. Маловероятно, чтобы лититовые зерна присутствовали в аркозах, образовавшихся из крупнокристаллического гранита. Напротив, лититовых зерен может быть много в песках, образовавшихся из микрокристаллических, вулканических, метаморфических пород или из глин. Во-вторых, содержание лититовых зерен зависит от гранулярного состава. На фиг. 32 видно, что эта зависимость хорошо выдерживается. Очевидно, чем крупнее песчаное зерно, тем больше вероятность того, что оно сложено не одним кристаллом.

Подобным образом содержание глинистого вещества часто возрастает с уменьшением содержания лититовых зерен (фиг. 33). Аномальная ситуация, которая приводит к такому соотношению, может наблюдаться в некоторых градационных турбидитах, в которых в пределах одного седиментационного слоя толщиной несколько сантиметров аркозы постепенно сменяются граувакками.

Учитывая все допущения и ограничения номенклатуры песчаников, рассмотрим главные группы этих пород. Для этой цели песчаники удобно разделить на вакки (включая кварцевые вакки и граувакки), аркозы и кварциты (включая протокварциты и ортокварциты). За пределами лекционных залов и вне научных журналов проблемы классификации и номенклатуры песчаных пород кажутся пережитками прошлого. В промышленности песок описывается просто как песок и больше никаких сведений не требуется. С другой стороны, например, в буровом журнале, порода может быть описана гораздо полнее, примерно по такому плану: «Литология, цвет, твердость, размер зерен, форма зерен, сортировка, минералогия, ископаемые организмы (если они есть), пористость, признаки наличия углеводородов, т. е. способность пачкать, флюоресценция или пленки битумоидов».





Яндекс.Метрика