Вакки
Вакки, согласно определению, — это структурно незрелые пески, содержащие более 15% матрикса. Химически зрелые вакки, содержащие менее 25% полевых шпатов, называются кварцевыми вакками. Химически незрелые вакки представляют собой классические граувакки.
Название граувакка происходит от немецкого слова «grauewacke», которым обозначались палеозойские песчаники Гарца. Петрографические описания этих пород были даны Гелмболдом и Маттиаттом.
Граувакки — это обычно твердые, темные серовато-зеленые породы, которые дают зазубренную поверхность излома. Под лупой видно, что граувакки отличаются очень плохой сортировкой и состоят из частиц размерами от очень крупных песчинок до глинистых частиц матрикса. Их можно было бы назвать микроконгломератами. Зерна обычно угловатые и характеризуются низкой сферичностью. Присутствие кварца незаметное первого взгляда из-за обилия других обломочных минералов. Присутствуют полевые шпаты, а также зерна мафических минералов, таких, как роговая обманка и иногда пироксены. Некоторые более крупные зерна представлены лититовыми фрагментами, которые в зависимости от пород источника могут формироваться за счет вулканических пород или более древних метаосадочных пород, таких, как кварцит или сланец. В большом количестве присутствуют слюды, как мусковит, так и биотит, а также микрокристаллические диагенетические хлорит и серицит. Типично присутствие различных ассоциаций неустойчивых минералов тяжелой фракции.
Все эти обломочные зерна погружены в микрокристаллический матрикс, сложенный глинистыми минералами, хлоритом, серицитом, кварцем, карбонатами (часто сидеритом), пиритом и иногда углистым веществом. Иногда отмечается коррозия обломочных зерен в виде типичных инкрустаций иголочками слюды. Такие каемки присутствуют не только на зернах неустойчивых минералов, но иногда даже на кварце.
Кварцевые вакки, в отличие от типичных граувакк, не содержат ассоциации неустойчивых обломочных минералов. При отсутствии этих минералов отмечается также повышение содержания кварцевых и осадочных лититовых зерен, хотя еще много содержится глинистого материала, и макроскопически кварцевые вакки трудно отличить от граувакк. В некоторых работах под названиями граувакк и лититовых вакк частично описаны кварцевые вакки.
Изучению природы матрикса в вакках уделялось большое внимание. Плохая сортировка этих песчаников заставляет предполагать, что матрикс большей частью осаждался сингенетично. С другой стороны, присутствие аутнгенных минералов и коррозия обломочных зерен указывают на то, что часть его имеет диагенетическое происхождение. В этой связи следует особо отметить, что типичные вакки большей частью встречаются в докембрийских и палеозойских толщах. Это наводит на мысль о том, что для того чтобы сформировались граувакки, необходимы достаточно длительное время — погружение осадков на большие глубины и (или) высокие геотермические градиенты. Поэтому граувакки можно рассматривать как метаморфические породы.
Эта концепция имеет особенно важное значение для решения проблемы турбидитов. Большинство древних граувакк встречается во флишевых фациях, которые обычно рассматриваются как турбидиты. Является ли присутствие глинистого материала характерной особенностью турбидитового процесса? Губерт считает, что многие современные глубоководные морские пески имеют хорошую сортировку. Эти пески часто рассматриваются как турбидиты. Таким образом, здесь имеется три спорных момента: обязательно ли участие глинистого материала в турбидитовых потоках или нет? Если участие глинистого материала обязательно, то современные морские глубоководные пески могли быть отложены обычными придонными постоянными течениями. Подобным образом, если глинистый матрикс древних флишевых граувакк образовался при диагенезе, то ведет ли это к подтверждению или отрицанию турбидитового генезиса?
Граувакки, как отмечалось выше, наиболее распространены в домезозойских флишевых фациях. Обычно они залегают в геосинклинальных впадинах и, как это явствует из их петрологии и регионального положения, часто образуются за счет размыва воздымающихся островных вулканических дуг. Поэтому для граувакк характерно присутствие комплекса неустойчивых мафических минералов и относительно высокое содержание железа и магния.
Триада Стейнманна — это образное название обычно наблюдаемой ассоциации граувакк, кремней и вулканических пород. Эта ассоциация часто образуется на ранней стадии эволюции геосинклинальных трогов. Уменьшение толщины земной коры способствует образованию подводных вулканов и генерации ультрабазитовых офиолитов и подушечных лав. Обсуждалась также проблема образования кремней как следствие расцвета радиолярий, вызываемого обилием поставляемого вулканами кремнезема, в то время как граувакки образовывались из материала, сносимого с поднимающихся дуг вулканических островов.
Кварцевые вакки также встречаются в геосинклинальных обстановках, как, например, в палеозойском флише восточной части Эгейского моря. С другой стороны, такие химически зрелые породы обычно образуются за счет более древних отложений. Песчаные породы поставляют кварцевые зерна, глинистые сланцы дают глинистый материал, а окаменелые разновидности этих пород поставляют лититовые зерна. Поэтому кварцевые вакки типичны не столько для флишевых толщ, сколько для соседствующих с ними континентальных отложений. Кварцевые вакки встречаются в обстановках накопления фангломератов и аллювиальных отложений. В качестве примера следует упомянуть те континентальные мезозойские формации песчаников бассейна Сёрте в Ливии, которые образовались за счет палеозойских отложений. Континентальные кварцевые вакки часто имеют красновато-бурую окраску, обусловленную импрегнацией глинистой массы красными окислами железа.
С увеличением степени транспортировки некоторая часть глинистого материала теряется из кварцевых вакк и они переходят в категорию пород, называемых часто субграувакками. Такие породы встречаются как во флювиальных, так и в дельтовых фациях. Примерами могут быть субграувакки флювиальных девонских и дельтовых пенсильванских (верхнекаменноугольных) песчаников по обеим сторонам Северной Атлантики.
Этот краткий обзор петрографии песчаников показывает, что состав свежеосажденного песка зависит от пород источника и процесса отложения. Химическая зрелость только что вовлеченных в процесс седиментации осадков будет зависеть от состава пород источника и степени их выветривания. Химически зрелые осадки обычно переотлагались неоднократно, и их зрелость связана с формированием за счет размыва более древних осадочных формаций. Химически незрелые пески обычно образуются в результате первого седиментационного цикла, в котором участвует материал, образовавшийся за счет размыва изверженных и глубокометаморфизованных пород.
Осадки ближнего переноса обычно плохо сортированы и обогащены глинистым веществом. Эоловые и водные процессы повышают структурную зрелость песка, а гляциальные процессы могут понизить ее.
В заключительном разделе этой главы будет показано, как постседиментационные диагенетические процессы влияют на изменение состава песчаников и как диагенез может влиять на эволюцию пористости и проницаемости терригенных песков.
