Обломочные (терригенные) породы

 

Обломочные породы образуются из осколков разрушающихся материнских пород. Поскольку разрушение идет преимущественно на суше, обломочные породы называют еще терригенными. Они составляют около 20% осадочных пород. Обломки составляют в терригенных породах не менее половины; кроме них присутствуют хемогенный и биогенный цемент и поры. Таким образом особенности обломочной породы - ее сложность. Обломки генетически связаны с источником сноса, их материал первично сформировался в высокотемпературных зонах магматизма и метаморфизма. Цемент обломочныех пород - продукт зон седиментеза и диагенеза. Термодинамическое равновесие обломочной породы достигается в течение миллионов лет.

Обломочные породы очень разнообразны. Их классифицируют по различным признакам - основаниям классификаций: размеру обломков, сцементированности, окатанности и сортированности обломков (табл. 14).

По сортированности (одинаковости размеров обломков) терригенные породы делят на хорошо, средне и плохо сортированные. По составу – на мономинеральные (мономиктовые, олигомиктовые) – состоящие из одного минерала, например, кварцевые, полевошпатовые) и полиминеральные (полимиктовые ) - то есть смешанные. Мономиктовыми породами являются  граувакки (состоящие из частичек вулканического пепла или других вулканических пород) и аркозы , состоящие из кварц-полевошпатовых обломков, образующихся при разрушении гранитов.

 

Размеры обломков

 

В основу классификации размера обломков терригенных пород положена величина их по десятичной классификации - каждый последующий класс в 10 раз меньше предыдущего. Принято выделять грубообломочные породы, состоящие из глыб, валунов, гальки и гравия, песчаники, алевролиты и пелиты. Пелиты по структуре образуют плавные переходы к глинистой породе.

Таблица 14

 Классификация терригенных пород

 

 

Размер

обломков

 

Неокатанные (угловатые)

Окатанные

несцементированные (рыхлые) Сцементированные несцементированные (рыхлые) сцементи- рованные
>10 см глыбы глыбовая брекчия валуны валунный конгломерат (валунник)
10-1 см щебень брекчия галька конгломерат
1 см – 1 мм дресва дресвянник гравий гравелит
0,1 – 1 мм песок песчаник песок песчаник
0,01 – 0,1 мм алеврит алевролит алеврит алевролит
< 0,01мм глина аргиллит глина аргиллит

 

Состав обломков

 

Минеральный и петрографический состав обломков зависит от многих причин, в том числе и от структуры - размера фракций. В грубообломочных породах валуны, гальки и гравий сложены в основном не минералами, а их агрегатами - горными породами; напротив, в алевролитовой фракции отсутствуют обломки пород, а среди минералов преобладает устойчивый кварц. Среди песчаников, являющихся главным гранулярным коллектором, выделяют мономинеральные кварцевые песчаники (более 95% обломков представлены кварцем), олигомиктовые (75 – 95% кварца) и полимиктовые, где обломков кварца меньше двух третей. Полимиктовые песчаники бывают аркозовые и граувакковые. Аркозовые песчаники образуются при разрушении гранитов и поэтому сложены, помимо кварца, калиевыми полевыми шпатами, кислым плагиоклазом и слюдами. Темные граувакковые песчаники, казалось бы, должны состоять из обломков другой распространенной магматической породы - базальта, но базальт образован основными полевыми шпатами и пироксенами, которые в зоне выветривания неустойчивы и среди обломков отсутствуют. В действительности граувакки образуются при разрушении в основном метаморфических пород и содержат много обломков сланцев и роговиков. Состав обломков зависит не только от разрушаемых пород, но и от климата, в котором находятся эти породы. В сухом аридном климате, где преобладает лишь механическое выветривание, сохраняются многие минералы, в гумидном климате они разрушаются и, если в гумидном климате средних широт полевые шпаты лишь коалинизируются, то в тропическом гумидном климате устойчив лишь кварц. Впрочем, чтобы образовались действительно мономинеральные кварцевые песчаники, их обломки должны пройти несколько циклов осадочного процесса. Таковы, например, кварцевые пески в Люберцах.

 

Форма обломков

Форма обломков, как и их состав, сохраняет следы всех этапов осадочного процесса, но главное, форма связана с размерами, а поэтому способом переноса и протяженностью пути: валуны, гальки и гравий перекатываются по дну быстрыми потоками и вскоре оббивают углы, округляются. Крупнозернистые песчаники в основном также волочатся по дну и обычно окатаны; мелкозернистые пески и алевриты окатаны слабее, а вот мелкий алевролит, который переносится во взвеси вместе с глинистыми частицами, обычно угловатый. Кроме того, форму обломков меняют и вторичные процессы: регенерация и коррозия. При визуальном описании обломки делят на угловатые, полуугловатые, полуокатанные и окатанные. Существуют способы формализованного описания формы обломков на основании сравнения их контура с окружностью. По степени окатанности и по содержанию кварца и других устойчивых минералов говорят о "зрелости" обломочной части породы, т.е. степени ее проработки осадочным процессом.

 

Цемент

Кроме обломочной части, которая рассмотрена выше, песчаники содержат цементирующее вещество и поры, заполненные в пластовых условиях флюидом. Цемент по составу чаще всего глинистый и кальцитовый. Менее распространен цемент доломитовый, гипсовый, ангидритовый, опаловый, лимонитовый и некоторые другие. По соотношению обломков и цементирующей части цемент делят на ряд типов (рис.3.4): контактовый, когда порода сцементирована лишь в точечных соприкосновениях, а остальное - поры; сгустковый, когда цемент, обычно глинистый или кальцитовый, присутствует лишь в отдельных участках; пленочный, обволакивающий обломки, обычно глинистый или лимонитовый; поровый, заполняющий поры между соприкасающимися зернами, и базальный, где зерна не соприкасаются, а рассеяны в цементе («базе»). Если цемент кристаллический, то его разделяют по структуре - размеру кристаллов: крупнокристаллический ( кристаллы более 0,5 мм), среднекристаллический (0,1-0,5 мм), мелкокристаллический (0,05 - 0,1 мм), тонкокристаллический (0,01-0,05 мм) и микрокристаллический или пелитоморфный (глины - форма) – менее 0,01 мм.

 

Типы цемента по количественным соотношениям зерен и цемента Структуры цемента Типы цемента по характеру взаимодействия зерен и цемента

 

 


Крустификационный
Контактовый (соприкосновения) Пойкилитовая

 

Регенерационный
Поровый Неравномерно-кристаллическая  

 

Пленочный
Коррозионный
Базальный Равномерно- кристаллическая

 

 

Рис. 3.4. Цемент осадочных пород.

 


Если кристаллы цемента больше обломков, что характерно для базального и порового, гипсового и кальцитовых цементов, то цемент называют пойкилитовый.

В изменении структуры и состава цементов большую роль играют вторичные диагенетические и эпигенетические процессы. В случае кальцитового цемента они приводят к растворению или, в более глубоких зонах, перекристаллизации и даже осаждению цемента, что сопровождается коррозией или, напротив, регенерацией обломков.

 

3.5. Основные классы облОмочных горных пород



Песчаные породы

 

К песчаным породам привлечено особое внимание нефтяников, ибо именно к ним относятся гранулярные коллекторы, откуда и добывают значительную часть нефти и газа, а в России –подавляющее количество. К песчаным относятся породы, состоящие в основном из обломков размером от 0,1 до 1 мм. Генетически их справедливо разделить на две группы: крупнозернистые, которые вместе с гравелитом переносятся волочением по дну, а потому хорошо окатаны, и мелкозернистые, которые вместе с алевролитами в значительной степени переносятся во взвеси.

Как правило, вторичные процессы снижают коллекторские свойства песчаных пород. Одинаковые песчаные породы могут образовываться в разнообразных условиях, и определение их происхождения достаточно сложная задача. Можно выделить пески дельтовые, прибрежно-морские, донно-морские, речные, флювиогляциальные, эоловые и некоторые другие генетические виды песков: т.е. пески образуются практически всюду, где образуются осадочные породы.

Алевролиты

Алевриты, а если они сцементированы, то алевролиты распространены несколько больше, чем песчаники. К ним относят породы, где размер преобладающих обломков 0,01-0,1 мм. Выделение их по генетической классификации (табл.14) противоречит тому, что они как и песчаники делятся на две генетические группы. Крупнозернистые алевролиты тяготеют к мелкозернистым песчаникам, которые переносятся частично во взвеси, а частично качением по дну и поэтому окатаны. Мелкозернистые алевритовые обломки все переносятся во взвеси с глинистым материалом, и поэтому образуют парагенез глинисто-алевритовых пород.

Минеральный состав алевролитов, особенно мелкозернистых, иной, чем у песчаников. В принципе это более зрелые породы, в них устойчив только кварц, а большинство остальных минералов в алевритовой фракции неустойчивы. Алевриты, благодаря высокому содержанию глины часто бывают окрашены в красный, зеленый цвет, а когда в них много органического вещества, то в черный. Алевролиты, как и песчаники, полигенные: дельтовые, донные, речные, эоловые и т.д. Поскольку алевролиты в соответствии с рядом механической дифференциации образуются на большей глубине, чем песчаники, т.е в более холодной воде, то цемент в них по составу более характерен глинистый, чем известковый. Алевролиты обычно бывают смешанными – глинисто-алевритового состава и, более того, образуют парогенез глинистых и алевритовых прослоек; коллекторские свойства их, в особенности мелкозернистых разностей невелики, и часто алевролиты вместе с глинистыми породами оказываются флюидоупорными.

Глины

Более 50% магматических и метаморфических пород составляют алюмосиликаты - полевые шпаты. На поверхности одни из них – калиевые полевые шпаты и кислые плагиоклазы – малоустойчивы, а другие – основные плагиоклазы – неустойчивы. В первую очередь полевые шпаты теряют активные щелочные подвижные элементы (кальций, натрий, калий), которые замещаются гидроксильной группой; кристаллическая решетка их разрыхляется, и каркасные структуры трансформируются в слоистые. Переход полевых шпатов в глинистые минералы – один из самых грандиозных энергетически, но мало заметных процессов осадкообразования. Как полевые шпаты составляют более половины магматических пород, так глинистые минералы – более 60% осадочных пород. Одна из особенностей глинистых минералов - это то, что они не образуют крупных кристаллов, их чешуйки редко достигают 0,001 мм. Группу глинистых минералов делят на каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые и хлоритовые. К каждой из групп относят несколько близких друг к другу минералов. Глинистые минералы разных групп легко перемешиваются друг с другом. Глинистые породы очень разнообразны по составу как самих глинистых минералов, так и примесей - обломочного или хемогенного материала. Чистые мономинеральные глины скорее исключение, обычны смешанные глинистые породы.

В коре выветривания при разложении полевых шпатов в кислой среде образуются минералы группы каолинита, а в щелочной среде - гидрослюды и хлориты. Монтмориллонит обычно образуется при подводной переработке вулканического пепла в слабощелочной среде; это так называемые киловые глины. Например, в заливе Коктебель они обнажаются на дне залива, их собирают для отбеливания тканей. Глинистые минералы помимо выветривания могут образовываться путем синтеза из растворов и особенно на этапе диагенеза и эпигенеза в пористых проницаемых породах в связи с миграцией флюидов. Характерно, что в эпигенезе происходит трансформация монтмориллонитовых глин в гидрослюдистые. Глубже исчезает каолинит, и на конечных стадиях эпигенеза сохраняются лишь устойчивые минералы – гидрослюда и хлорит. Глинистые породы уплотняются и переходят в неразмокающие аргиллиты и сланцы.

В зоне метаморфизма образуются новые минералы - серицит, мусковит и полевые шпаты.


 

 

3.6. Основные типы карбонатных пород.

 

Карбонатные породы более чем наполовину сложены солями угольной кислоты Н2СО3, которая, как известно, в природе практически не существует. Кроме карбонатов встречаются гидрокарбонаты, содержащие ион ОН-. Угольная кислота образует с щелочными и щелочно-земельными металлами соли, часть которых встречается в природе.

K2СО3 - каустическая сода, в природе практически не встречается, весьма растворима.

2СО3 - пищевая сода, в природе крайне редка, весьма растворима.

СаСО3 - кальцит, весьма распространен, слагает известняки, образует протяженные пласты и горные массивы.

СаMg (CO3)2 - доломит, встречается в природе, как и кальцит, но несколько менее распространен.

MgCO3 магнезит, встречается в природе, но редок.

FeCO3 - сидерит, встречается в природе, широко распространен в виде желваков, конкреций.

Таким образом, реальную роль в составе осадочных образований играют кальцит, доломит и сидерит, составляющие до 15-20% массы осадочных пород. Рассмотрим происхождение химических элементов в составе карбонатов, определим, какие магматические горные породы они слагали до этого. Са определяет состав алюмосиликатов – основных плагиоклазов. Mg и Fe определяют состав фемических минералов - оливина, пироксенов, роговых обманок, а эти минералы, в свою очередь, образуют ультраосновные породы - дуниты и перидотиты, которые слагают, с одной стороны, мантию Земли, ее глубинную зону, подстилающую земную кору, а с другой – каменные метеориты. Эти же минералы слагают также базальты, которые выплавлялись из ультраосновных пород. Таким образом, кальций, железо и магний - элементы первичных глубинных магматических пород Земли. Вторая составляющая карбонатов - СО3, вернее, углекислый газ СО2. На Земле он существует в атмосфере (всего 0,04%), растворен в океанах, а вот на Венере и Марсе он образует атмосферу. Если бы на Земле повысилась температура настолько, что испарились бы океаны, сгорело бы все живое и даже разложились бы карбонаты, выделив СО2, то новая атмосфера Земли стала бы такой, как сейчас у Венеры. Таким образом, вторая часть карбонатов – это первичная атмосфера Земли, теперь окаменевшая. Итак, карбонаты геохимически - это синтез первичных пород и окаменевшей первичной атмосферы.

 


Образование и растворение известняков

 

Осаждение известняков определяется реакцией перехода бикарбоната кальция, существующего лишь в растворе, в карбонат, существующий лишь в твердом состоянии; осаждение или растворение кальцита происходит не как осаждение, например, галита NaCl в результате изменения концентрации, а по химической реакции

Ca(HCO3)2 СаСО3↓+ Н2О + СО2
бикарбонат кальция кальцит вода углекислый газ

 

При этом ход реакции определяется степенью растворимости в воде углекислого газа, и равновесие смещается в ту или иную сторону, в зависимости от давления или температуры. Если температура среды возрастает, то снижается растворимость углекислого газа в воде, а тем самым и кальцита: в теплых морях возможны пляжи из битой ракушки, а кальцит осаждается, образуя пласты и коралловые рифы. В холодных морях моллюски должны покрывать свои кальцитовые раковины хитиновым покровом, спасая их от растворения. Кальцитовая накипь в чайнике образуется при нагревании, поэтому она на-кипь. Даже рыхлый известняк-ракушняк оказывается «вечным камнем» в постройках древнего Рима, а в наших широтах и плотный известняк нестоек, и наши предки белокаменные постройки систематически штукатурили. При увеличении давления растворимость СО2 растет, при снижении давления, падает растворимость, и выделяется углекислый газ. Действительно, газ бурно выделяется при снижении давления, будь то минеральная вода или шампанское - их и охлаждают для того, чтобы ослабить бурное выделение. По мере погружения в недра, как известно, давление и температура растут и равновесие твердого кальцита и раствора меняется. Он оказывается то растворимым, то стабильным, о чем рассказано в разделе «Эпигенез».

При единстве состава происхождение известняков неодинаково, хотя в большинстве они биогенны. Это раковины и скелеты организмов. Известняки образуют гигантские скопления, сложенные в значительной степени раковинами и скелетами организмов. Биогенные известняки в заметных количествах стали формироваться с начала палеозоя, когда моллюски начали строить свои раковины из кальцита и арагонита. Это была своеобразная экологическая революция для одних организмов и катастрофа для других, ибо за геологически короткое время принципиально изменился состав атмосферы: она потеряла СО2, стала легче, прозрачнее, снизился парниковый эффект, началось планетарное похолодание.

 

Биогенные известняки

Биогенные известняки состоят более чем на треть из раковин, скелетов кораллов, известковых водорослей и продуктов их жизнедеятельности. В зависимости от степени сохранности биогенных остатков, выделяют биоморфные и биогенно-обломочные (детритовые и шламовые известняки). В биоморфных известняках остатки организмов хорошо сохранились и сцементированы кальцитом. Наиболее характерны раковины двустворок - гастропод, пелеципод и брахиопод, раковин остракод, фораминифер, остатки иглокожих, кораллов, известковых водорослей. Особенно часто известняки образуют мелкие раковинки фораминифер, видимые лишь в микроскоп. Раковинные известняки сложены остатками двустворок размером в несколько сантиметров: вестибюль нашего института оформлен известняком ракушечников из третичных отложений Мангышлака. Детритовые известняки сложены обломками до 0,1 мм, а шламовые более 0,1 мм. Частицы в них окатаны, и они образуют переход по структуре к обломочным породам.

Доломит

Вторая по распространенности после известняка карбонатная порода, особенно характерная для домезозойских отложений. В мезозойских ее вытесняют известняки. Образующий ее минерал доломит CaMg (CO3)2 отлагается в бассейнах с повышенной, относительно обычной морской соленостью, бедных живыми организмами, и биогенных доломитов мало. Поэтому он присутствует в регрессивных частях разрезов в замкнутых засолоняющихся бассейнах.

Большая часть доломитов - хемогенная. В отличие от кальцита, его кристаллы часто хорошо огранены и в шлифе выглядят как ромбики размером от 1 до 2 мм. Осадочный доломит обычно микрозернистый. Диагенетический доломит неравномерно зернистый, порфровидный. Эпигенетический вторичный доломит образуется при замещении кальцита под действием сильно соленых пластовых вод. Поскольку ионы магния меньше ионов кальция, то при эпигенетической доломитизации пористость новой породы увеличивается.


Биогенный доломит, встречающийся в отложениях рифейского возраста, представлен водорослевыми строматолитовыми разностями с характерной тонкослоистой структурой.

Так как в ряду химической диференциации доломит занимает место между известняком и гипсом, то он образует естественные парагенезы - с кальцитом в начале регрессивного цикла усыхания и с гипсом и ангидритом, когда бассейн засолоняется и доломиты вверх по разрезу замещаются гипсом.

 


Мергель

 

Широко распространенная порода, в которой наряду с пелитоморфным кальцитом или доломитом присутствуют глинистые минералы. Можно выделить ряд – от чистого известняка к глинистому известняку, мергелю, глине известковистой и глине. Мергель в силу своей малой проницемости в пластовых условиях не так сильно, как чистый известняк, подвержен эпигенетической перекристаллизации и для него даже на относительно больших глубинах характерны пелитоморфные разности. Пористость воздушно-сухих образцов мергеля превышает 20-30%,но в пластовых условиях его микропоры запечатаны пластовым флюидом, и проницаемость его ничтожна. Конечно, в зонах трещиноватости мергель, как и другие плотные породы, может быть коллектором.

 

3.7. Сульфаты и хлориды (эвапориты)

Дата: 2019-02-02, просмотров: 231.