Литологический анализ

Позволяет восстановить палеогеографическую обстановку путём исследования осадочных горных пород в целом и отдельных их частей. Он заключается в изучении структурно-текстурных и минералогических особенностей горных пород. При этом производится ряд операций.

1. Установление типов пород. Различают три их типа – обломочные, хемогенные, органогенные, а также их промежуточные разности. Разделение пород идёт по минеральному составу. Выделяются моно- и полиминеральные породы. Среди первых соли, карбонаты, каолины, среди вторых – обломочные, глинистые. Породы образуются в море и на суше, причём в последнем случае, как в водной, так и в воздушной средах. Нужно отметить, что одни и те же породы могут формироваться в различных условиях, например, глины. Поэтому помимо вещественного состава конкретной породы необходим анализ её структурно-текстурных и других особенностей, в том числе и биономических.

Состав обломочного материала галечников, конгломератов, песков, песчаников позволяет выяснить длительность и характер переноса, установить источник сноса. В процессе переноса наиболее устойчивые, мягкие, легко растворяющиеся минералы и горные породы разрушаются. Наличие в породе только устойчивых минералов свидетельствует либо о длительном переносе обломочного материала, либо об интенсивном выветривании перед сносом, либо о переотложении ранее образовавшихся пород. Изучая распределение обломочного материала на площади по крупности обломков, можно определить источник питания или сноса, так как поблизости от него располагаются наиболее крупные обломки или гальки.

Состав горных пород позволяет судить о среде и климате, в которых происходило осадконакопление. Так, присутствие глауконита свидетельствует об отложении осадка в море. Соли и гипс указывают на жаркий сухой климат. Глины, образовавшиеся во влажном тропическом климате при обилии растительности и гумусовых кислот, содержат каолинит и минералы свободного глинозема, тогда как при аридном климате – монтмориллонит и гидрослюды. Мощные карбонатные толщи образуются в теплых морских бассейнах.

Таким образом, по составу пород определяют петрофонд, удалённость источников сноса, степень выветрелости, терригенное или аутигенное происхождение осадков, тип климата (по солям, глаукониту, гипсам, углям, каолинам, бокситам, монтмориллонитам)

2. Окраска пород. Используется только в комплексе с другими признаками. Белый цвет характерен для кор выветривания на безжелезистых породах, мелов, чистых кварцевых песков, чёрный и серый – для пород гумидного литогенеза, содержащих органику и сопутствующие им сульфиды. Зелёная окраска обычна в морских условиях, и придаёт её осадкам глауконит и хлориты, в состав которых входит двухвалентное железо. Его редукция происходит в восстановительных условиях в присутствии органики. Красные оттенки цветов придают тонкорассеянные в породе частицы оксида трёхвалентного железа, характерные для пустынных отложений и кор выветривания гумидных зон на железосодержащих породах.

3. Текстурные признаки. Среди них различают внутрислоевые и на поверхности слоя. Одной из важнейших особенностей является слоистость. Все отложения делятся на слоистые и неслоистые или массивные. Последние образуются в условиях постоянного, слоистые – переменного осадконакопления. Выделяется параллельная и косая слоистость (рис. 2.6). Первая формируется в спокойной водной среде, вторая – при движении воды или ветра. Параллельная слоистость может быть простой линейной, прерывистой, равномерной и неравномерной, ритмичной (градационной). Причины её образования разные – сезонные, климатические, пере-движение береговой линии, смена источников сноса. Косая слоистость бывает разно- и однонаправленная. Первая характерна для морских и эоловых отложений и вызвана сменой напра-влений ветров, вторая – для речных образований потокового типа.

Текстуры поверхностей напластования – знаки на поверхности слоёв могут быть неорганического (механоглифы) и органического (биоглифы) происхождения. Ими занимается специальный раздел палеонтологии – палеоихнология. Среди рассматриваемых текстур устанавливаются знаки ряби – симметричная и несимметричная. Первая отмечается только в водной среде, вторая - как в водной, так и в воздушной средах. Водная рябь отличается от воздушной по индексу ряби (отношение ширины валика к его высоте). У водной он 5-10, у ветровой – от 20 до 50. Кроме того, отмечаются многоугольники высыхания, глиптоморфозы по кристаллам каменной соли, следы струй течения, стекания; отпечатки капель дождя, града, следы жизнедеятельности различных организмов, в том числе четвероногих и птиц, ходы илоедов, нерасшифрованные знаки – иероглифы

4. По структурным особенностям – размерам зерен, частиц, их расположению, форме обломков, сортировке, степени окатанности, минеральному составу, характеру поверхности обломков, составу цемента определяются условия образования пород.

Размер обломков позволяет судить о характере рельефа, удалённости областей питания, ско-рости движения воды. Наиболее крупные обломки располагаются близко к источнику сноса. Так, грубо- и крупнообломочный материал располагается непосредственно у подножия горной страны, с удалеением от которой размеры обломочных частиц уменьшаются. По крупности обломочного материала судят о скорости движения в месте обра-зования осадка. При скорости 10 км в час всё смывается со дна (Гольфс-трим у берегов Флориды) при 4 – 6 км в час отлагаются гальки величии-ной с грецкий орех, при 0,26 – 0,34 м/сек. осаждаются пески, при скоро-сти менее 0,26 м/сек. – алевриты.

Сортировка свидетельствует о длительности переноса материала. При изучении сортировки учитыва-ют состав обломочного материала, так как породы и минералы имеют разную плотность и в разной степени повержены разрушению. Наиболее сортированными считаются морские отложения, менее сортированными – речные, несортированными - моренные отложения, осыпи, обвалы, селевые образования.

Форма обломков определяется составом разрушающихся пород, их сланцеватостью, слоистостью. При разрушении тонкослоистых листоватых сланцев получаются пластинчатые обломки. Округлая форма характерна для массивных пород. В морских отложениях образуется уплощённая галька, в аллювиальных - округлая. В пустынях под действием ветра формируются эоловые многогранники. Утюгообразные валуны присущи ледниковым отложениям.

Степень окатанности зависит от состава пород (более мягкие легче окатываются), от первоначальной формы обломков, скорости и длительности транспортировки. Выделяется пять категорий окатанности обломков: неокатанные, угловатые, полуугловатые, полуокатанные и окатанные. Наиболее окатанные образуются в море, в прибрежно-морской зоне, угловатые – в конусах выноса временных потоков, делювии, моренах. В речных песках преобладают полуугловатые и полуокатанные зерна, в дюнных – окатанные.

Характер поверхности обломков определяется их составом и средой образования. В подвижной водной среде поверхность гравия, галек и валунов гладкая, в пустынях обломки покрыты пустынным «загаром», в моренных отложениях на обломках наблюдаются штрихи, бугорчатая и шероховатая поверхности характерны для полиминеральных пород.

Расположение обломочного материала позволяет установить направление и характер движения воды. Так, в русле реки удлиненные гальки разворачиваются по течению. В зоне прибоя удлиненные обломки располагаются почти параллельно береговой линии. В русловых отложениях нередко наблюдается черепитчатое наложение галек. О направлении движения воды в потоках можно судить по косам, находящимся за крупными валунами и обломками.

5. Минералы-индикаторы условий формирования пород обычно имеют аутигенный генезис. Так пирит и марказит образуются в среде сероводородного заражения и восстанови-тельных условиях, гематит – в окислительной обстановке, сидерит – в мелководных лагунах и морских заливах гумидного климата. Для аридных областей характерны гипс, доломиты, соли, образующиеся в озёрах и лагунах. Фосфаты формируются в зоне шельфа, шамозит тяготеет к его верхней части, а глауконит – типичный продукт подводного выветривания – гальмеролиза.

6. Общегеологические данные также необходимо учитывать при фациальном анализе. Это определение площади распространения отложений, их мощностей, взаимоотношений с подстилающими и перекрывающими образованиями, а также сменяющими их по латерали. В закрытых районах нужны данные сейсмографии, которые позволяют выявить рифовые массивы, зоны выклинивания песчаных толщ, клиноморфное глубоких впадин осадками.

Важной задачей является выявление контуров морских бассейнов. Граница между ландшафтами суши и моря всегда условна и восстанавливается по взаимному расположению континентальных и морских отложений, по некоторым особенностям осадочных пород, образованных как на берегу моря, так и на подводном склоне, по формам рельефа и результатам деятельности геологических процессов.

Близость берега определяют по наличию отложений пляжа, представленных галечниками, крупнозернистыми песками, реже глинистыми породами с трещинами усыхания, следами капель дождя, линзами песков, обогащенных рудными минералами. О близости к берегу свидетельствует появление дельтовых и лагунных отложений.

2.4. Стадиальный анализ.

Прежде чем приступить к фациальному анализу, надо знать, что любая порода имеет свою историю, которая складывается из следующих стадий: гипергенеза, седиментогенеза, диагенеза, катагенеза, метагенеза.

1. Стадия гипергенеза включает мобилизацию вещества в источниках сноса в результате физического и химического выветривания.

2. Стадия седиментогенеза – перенос и осаждение вещества. Оно начинается на путях переноса и завершается в бассейнах седиментации. Выделяют различные типы литогенеза: гумидный, ледовый, аридный и эффузивно-осадочный.

3. Стадия диагенеза – преобразование осадков и возникновение осадочных пород. Это физико-химические и органические процессы. Происходит уплотнение осадка, уменьшение его влажности, старение коллоидов, образование новых минералов из иловых растворов, разложение одних минералов и возникновение других, перераспределение вещества. Диагенез (перерождение) представляет собой уравновешивание сложной многокомпонентной системы осадка в новых физико-химических условиях среды. Минералы-индикаторы диагенеза: сульфиды (пирит, марказит), окислы и гидроокислы (опал, халцедон, кварц, оксиды железа), карбонаты, фосфаты, силикаты (глауконит, лептохлорит, каолинит, цеолиты), бурые угли.

4. Стадия катагенеза – уплотнения пород, изменение их минерального состава и отчасти структуры. Катагенез в отличие от диагенеза процесс неорганический (физико-механический и физико-химический). Характерны уменьшение пористости, коррозия и растворение, регенерация, образование новых минералов из растворов или в процессах метасоматоза. Это сульфиды тяжёлых металлов и железа, сульфаты (барит, гипс, ангидрит), силикаты. Особенные черты многих минералов катагенеза – их значительные размеры. На этой стадии глины переходят в аргиллиты, пески и рыхлые песчаники - в крепкие песчаники, ракушняки – в известняки, бурые угли – в каменные. Катагенез происходит при температуре до 200 °С и давлении до 2000 атмосфер.

5. Метагенез происходит при мощности осадочной толщи свыше 7000-8000 метров, давлениях 2000-3000 атмосфер, температурах 200-3000 °С и наличии минеральных растворов, обычно в складчатых поясах. Породы на этой стадии приобретают сланцеватые текстуры, широкое развитие приобретают новообразованные минералы и секущие кварцевые жилки и линзочки. Исчезают каолинит и монтмориллонит, преобладают среди глинистых минералов слюды. В отличие от метаморфических пород в фации зеленых сланцев в зоне метагенеза незначительно проявлена перекристаллизация зёрен полевых шпатов при слабом развитии альбита, эпидота и мусковита.

Для проведения фациального анализа необходимо снять эпигенетические изменения в породах (до стадии седиментогенеза) с тем, чтобы не допустить ошибок. Использование метода актуализма предполагает знание основных групп фаций.