Вулканогенно-обломочные породы

Вулканогенно-обломочные (пирокластические) породы содер­жат в своем составе как продукты эксплозивной (взрывной) вулка­нической деятельности, так и собственно-осадочный обломочный материал. Вулканогенные компоненты могут быть представлены обломками вулканического стекла или образовавшихся в лаве раз­личных минералов, а также продуктами разрушения эффузивных пород, слагавших жерло вулкана. Попадая на поверхность Земли, этот материал переносится и отлагается в воздушной или водной среде, смешиваясь при этом с нормально-осадочными образова­ниями. Таким образом, в формировании вулканогенно-обломоч-

ных пород принимают участие, с одной стороны, процессы эндо­генные (вулканические извержения), с другой — процессы, харак­терные для собственно-осадочного седиментогенеза.

Таблица 19 Классификация вулканогенно-обломоч ных пород

В основу классификации вулканогенно-обломочных пород положено соотношение вулканогенного и собственно-осадочного об­ломочного материала. По этому признаку выделяют три группы вулканогенно-обломочных пород: туфы, туффиты и туфоосадочные породы. Содержание пирокластического материала в породах каж­дой из этих групп показано в

табл. 19.

Содержание пироклас­тического материала, %

Группы пород

Туфы............................. Туффиты...................... Туфоосадочные породы: туфопесчаники... туфоалевролиты..

Более 90 90—50 50—10

Если в обломочной породе примесь пирокластического ма­териала составляет менее 10%, такая порода относится к собст­венно-осадочным образованиям. Туфы и туффиты подразделя­ются по размерам слагающих их частиц, а также по агрегат­ному состоянию и вещественно­му составу вулканогенного ма­териала.

По преобладающему размеру составных частей выделяют следующие структурные группы пп-рокластов: 1) пелитовые (<0,01 мм), 2) алевритовые (0,01— 0,1 мм), 3) псаммитовые (0,1—1 мм), 4) псефитовые (>1 мм). Псефитовые туфы, сложенные обломками крупнее 30 мм, приня­то называть туфобрекчиями.

Агрегатное состояние вулканогенного материала определяет принадлежность пирокластов к группе витрокластическпх, лито-кластических или кристаллокластических. В первом случае ту-фогенный материал представлен обломками вулканического стекла. Мелкозернистые витрокластические туфы называют пеп-ловыми. Литокластические туфы и туффиты сложены обломками вулканических пород, раздробленных и выброшенных при извер­жении вулкана за пределы лавовых потоков. В отличие от грау-вакк подобные пирокласты характеризуются однородным пет­рографическим составом, отсутствием следов окатанности и рядом других признаков. Кристаллокластические разности встречаются сравнительно редко, они состоят из обломков кристаллов — вкрап­ленников лав.

Вещественный состав пирокластического материала зависит от состава магмы, породившей этот материал. По аналогии с эффу­зивными породами различают риолитовые, трахитовые, андезн-товые и базальтовые пирокласты. Например, базальтовый туф состоит из обломков базальта, кристаллов основного плагиоклаза, пироксена и оливина.

Пирокластические породы легко изменяются в процессе диаге­неза и эпигенеза. Вулканическое стекло кислых их разностей

подвергается раскристаллизации, нередко сопровождающейся» окремнением породы. Продуктами преобразования вулканогенного материала основного состава являются хлорит и цеолиты. При бо­лее глубоких изменениях пирокластические породы переходят в глины: из кислых разностей туфов и туффитов образуются каоли­ны, из средних и основных — монтмориллонитовые (бентонито­вые) глины.

Внешний облик туфов и туффитов весьма разнообразен. Они могут быть окрашены в различные цвета — серый до черного, зе­леноватый, голубоватый и т. д. Некоторые пепло-вые туфы имеют ракови­стый излом и восковид-ный блеск. Строение ту­фа под микроскопом по­казано на рис. 122.

Рис. 122. Пепловый туф. Восточное Забай­калье. Увел. 35, николи +.

Туфоосадочные по­роды классифицируются по тем же признакам, что и собственно-осадоч­ные породы. По разме­рам обломочных частиц они подразделяются на туфопесчаники и туфо-алевролиты. Макроско­пически указанные поро­ды обычно сходны с со­ответствующими им по гранулометрическому со­ставу терригенными об­разованиями. Пироклас-тический материал в туфопесчаниках и туфоалевролитах может быть представлен пепловым материалом (чаще продуктами его-изменения), отдельными идиоморфными кристаллами и обломка­ми пород вулканического происхождения. Туфоосадочные породы обычно формируются в водной среде в некотором удалении от центра извержения, поэтому им свойственны слоистость, большая-или меньшая сортировка обломочного материала, иногда органи­ческие остатки.

Практическое использование. Вулканогенно-обломочные поро­ды широко применяются в строительном деле. Особенно ценным строительным материалом являются туфы, имеющие значительную пористость, что обусловливает их легкость. Туфы кислого соста­ва используются для получения цемента и изготовления стеклово­локна.

Методы изучения. Вулканогенно-обломочные породы изучаются теми же методами, которые применяются для изучения терриген-ных пород, для туфов используются и химические анализы.

Глава VI ГЛИНИСТЫЕ ПОРОДЫ

Глинистые породы сложены более чем на 50% частицами мельче 0,01 мм, причем не менее 25% из них имеют размеры мень­ше 0,001 мм. Основная масса этих частиц — глинистые минералы. В качестве примеси в глинах обычно присутствует различный ма­териал обломочного и химического происхождения.

Классификация. Глинистые породы классифицируются по физи­ческим свойствам и минеральному составу.

По первому признаку в составе глинистых пород выделяют собственно глины и аргиллиты. Характерной особенностью глин является их способность размокать в воде и становиться пластич­ными, т. е. сохранять во влажном состоянии приданную им форму. Наиболее типичные свойства пластичных глин^—их высокая общая и довольно низкая эффективная пористость, отсутствие прони­цаемости, высокая электрохимическая активность, средние зна­чения удельного электрического сопротивления, магнитной восп­риимчивости, радиоактивности, механической прочности.

Аргиллиты в воде не размокают. Это твердые камнеподобные породы, которые образовались в результате уплотнения глины, уменьшения ее микропористости, дегидратации коллоидов, перек­ристаллизации глинистых минералов и ряда других эпигенетичес­ких процессов, протекающих под воздействием гравитационной нагрузки или тектонических давлений. Аргиллиты являются пер­вой стадией изменения глин на пути их превращения в глинистые сланцы. Аргиллиты широко распространены в геосинклинальных областях, в то время как на платформах они встречаются лишь на очень больших глубинах.

К аргиллитам можно также отнести сравнительно редкие као­линовые сухарные глины, образование которых связывают со ста­рением и кристаллизацией выпавших в водоеме гелей АЬОз и Si0₂.

Аргиллиты, содержащие примесь пирокластического материала (от 10 до 50%), получили название туфоаргиллитов.

Глинистые породы характеризуются сложным минеральным составом. Кроме глинистых минералов они могут содержать обло­мочные зерна кварца, полевых шпатов, слюд, а также гидроокис­лы железа, карбонаты, сульфаты и прочие аутигенные минералы. Наличие обломочной примеси оказывает существенное влияние на степень пластичности глины.

За основу минералогической классификации глинистых пород принимается состав глинистых минералов. По этому признаку рас­сматриваемые породы подразделяются на олигомиктовые и поли-миктовые.

Олигомиктовые глины характеризуются преобладанием како­го-либо одного глинистого минерала. Наиболее распространенны-

мн глинистыми породами олигомиктового состава являются гид­рослюдистые, каолиновые и монтмориллонитовые глины.

Гидрослюдистые глины окрашены в желтовато-зеле­ные, серые, коричневатые или бурые тона. Особенностью их мине­рального состава является значительное содержание обломочной примеси. Характерно землистое сложение; текстура беспорядоч­ная или слоистая. Гидрослюдистые глины малопластичны.

Гидрослюдами сложены преимущественно аргиллиты, пред­ставляющие собой твердую крепкую породу, часто с жирным блеском и раковистым изломом. Иногда в аргиллитах проявляет­ся сланцеватость, которая способствует расчленению породы на остроугольные плитки.

Разновидностью гидрослюдистых глин являются породы, сло­женные глауконитом. Глауконитовые глины обычно зеленого цве­та, но иногда из-за обильной примеси органического вещества поч­ти черные.

Каолиновые глины сложены минералом каолинитом. Обычно эти глины окрашены в светлые тона, жирны на ощупь, ма­лопластичны, огнеупорны. Своеобразной разновидностью каолинов являются сухарные глины, встречающиеся в подошве угольных пластов. Они не размокают в воде, отличаются значительной кре­постью и хрупкостью, часто имеют характерное брекчиевидное строение.

Монтмориллонитовые глины белого, светло-серого или желтовато-зеленого цвета, жирные на ощупь, иногда имеют воско-видный облик. Имеется две разновидности монтмориллонитовых глин — бентониты и флоридины. Для бентонитов характерно набу­хание — способность увеличиваться в объеме при поглощении воды. Объем образца бентонитовой глины при насыщении ее водой уве­личивается в 40 раз, гидрослюдистой глины — в 9 раз, каолино­вой не более чем в 3 раза. На бентонитовых глинах не разви­вается растительность, поверхность их после дождя превращается в студенистую массу, которая при высыхании покрывается тре­щинами и распадается на твердые остроугольные куски. В связи с набуханием присутствие бентонитовых глин обычно приводит к развитию оползневых явлений. Флоридиновые глины обладают высокой адсорбционной способностью. Структуры н текстуры монтмориллонитовых глин разнообразны. Бентониты, образовав­шиеся за счет разложения туфогенных пород, характеризуются реликтовой пепловой структурой.

Полимиктовые глины содержат два или несколько глинистых минералов, причем ни один из них не является преобладающим. Макроскопический облик подобных глин весьма разнообразен. Они могут быть окрашены в бурые, коричневые, серые или зеле­новатые тона. Полимиктовые глины обычно содержат значитель­ное количество песчаной и алевритовой примеси и различные аутигенные образования — карбонаты, сульфаты, сульфиды,.гид­роокислы железа и т. п.

Условия образования. Выделяют две генетические группы глин: элювиальные и водно-осадочные глины.

Элювиальные (остаточные) глины являются продуктами хи­мического разложения материнских пород, залегающими на месте их образования в корах выветривания. Для элювиальных глин характерна плащеобразная, карманообразная или гнездо-образная форма залегания с постепенными переходами вниз по разрезу в неизмененные материнские породы. Отличительным при­знаком элювиальных глин является отсутствие ясной слоистости, реликтовые структуры, отражающие строение материнском породы, наличие неразложившихся при выветривании более устойчивых ми­нералов и т. п. Минеральный состав рассматриваемых отложений зависит от характера исходной породы и от обстановки накопления глинистого вещества. При химическом разложении кислых магма­тических пород в условиях влажного жаркого климата образуются каолиновые глины, в коре выветривания основных пород в зоне су­хого климата возникают глины монтмориллонитового состава.

Водно-осадочные глины пользуются наибольшим распростране­нием. Подавляющее количество глинистых минералов, образовав­шихся в результате разложения первичных алюмосиликатов, вы­носится с места разрушения материнских пород текучими водами в виде суспензий, коллоидных растворов или механических взве­сей и осаждается в различных водных бассейнах — морях, озерах и реках. В отличие от песчаного и алевритового материала осаж­дение глинистых частиц может происходить лишь в сравнительно спокойной водной среде, там, где отсутствуют или ослаблены те­чения. Большое значение при этом имеют процессы коагуляции суспензий и коллоидный раствор.

Наиболее благоприятные условия для отложения глинистого материала создаются в морских бассейнах. Морские глины образу­ют мощные толщи или отдельные слои среди других пород. Они от­личаются от элювиальных глин ясно выраженной слоистостью, не­редко наличием морских фаунистических остатков и обычно мень­шей однородностью своего состава. Глины прибрежной части шельфа залегают в виде пластов или линз. Минеральный состав характеризуется преобладанием гидрослюд, иногда присутствует каолинит. Породы эти обычно содержат значительную примесь пес-чано-алевритового материала. Открытая часть шельфа и пелаги­ческая часть морского бассейна характеризуются большими мощ­ностями глинистых отложений и широким площадным их разви­тием. Среди глинистых минералов преобладают гидрослюды и монтмориллонит. Олигомиктовые монтмориллонитовые глины морс­кого происхождения обычно являются продуктами подводного преобразования вулканического пепла, о чем свидетельствуют их реликтовые пепловые структуры.

В озерных и озерно-болотных пресноводных водоемах гумидных областей формируются каолиновые или гидрослюдистые глины. Поступающий в водоем каолинит сохраняется благодаря кислой

реакции пресных вод, обогащенных гумусовыми соединениями. В засолоненных лагунах и озерах аридных областей формируются гидрослюдистые, монтмориллонитовые, а также палыгорскит-се-пиолитовые глины, ассоциирующие с доломитами, гипсами и со­ляными породами. Озерные глины отличаются хорошо развитой параллельной слоистостью.

Глины речных долин, а также пролювиальные и делювиаль­ные глинистые отложения характеризуются линзовидным залега­нием, плохой сортировкой, быстрым изменением гранулометри­ческого состава по вертикали и горизонтали. Преобладают алев-ро- и псаммопелитовые структуры. Минеральный состав рассматри­ваемых глин зависит от характера выветривания и климатичес­ких условий, господствовавших на континенте. Наиболее распро­страненными являются каолинит-гидрослюдистые и монтморил­лонит-гидрослюдистые ассоциации.

Ледниковые глины характеризуются плохой гранулометри­ческой сортировкой, присутствием валунов, дресвы, гравия. Тек­стура беспорядочная. Среди глинистых минералов преобладают гидрослюды.

Практическое использование. Глины находят большое практи­ческое применение. Особое значение имеют олигомиктовые глины. Каолиновые глины являются огнеупорами, а также широко исполь­зуются в керамической, бумажной, резиновой и парфюмерной про­мышленности. Монтмориллонитовые глины применяются для очист­ки различных нефтепродуктов, растительных масел, жиров, вин и т. п. Способность бентонитовых глин давать с водой устойчивую суспензию используется для изготовления глинистых растворов, применяемых при бурении. Гидрослюдистые глины и глины поли-миктового состава применяют для изготовления кирпича, грубой керамики, черепицы и других изделий. Гидрослюдистые карбонат­ные глины используются в цементной промышленности.

Методические рекомендации к петрографическому описанию глинистых пород

В отличие от многих других осадочных пород, изучение которых может быть ограничено полевыми и микроскопическими исследова­ниями, для определения минерального состава глин необходимо до­полнительное применение ряда лабораторных анализов. Важней­шими из них являются термический и рентгеноструктурный ана­лизы, изучение агрегатов ориентированных глинистых частиц в иммерсионных жидкостях, исследование глинистых минералов под электронным микроскопом, химическим путем и т. д.

Макроскопическое описание. В полевых условиях изучают усло­вия залегания, закономерности распределения различных типов глинистых пород на площади и в разрезе. При макроскопическом описании глинистой породы необходимо охарактеризовать ее цвет, ^структурные и текстурные особенности, примеси обломочных

'9 Зак. 884

зерен, отметить присутствие органических остатков. Особое вни­мание следует уделить изучению физических свойств глины — ее способности к размоканию в воде, набухание, степень пластич­ности и т. д. Способность к размоканию в воде дает возможность отличить глину от аргиллита. Физические свойства глины наря­ду с другими макроскопическими диагностическими признаками позволяют получить первое представление о ее минеральном сос­таве. Необходимо фиксировать аутигенные неглинистые минералы, характер их распределения в породе и размеры зерен. В некоторых случаях присутствие таких минералов в глинистых породах су­щественно изменяет их физико-механические свойства.

Описание в шлифах. Изучение глины в шлифе позволяет оха­рактеризовать структурные и микротекстурные особенности по­роды, а для олигомиктовых глин также установить минеральный состав. Диагностическими признаками глинистых минералов слу­жат их показатели преломления и характер интерференционных окрасок. Эти константы определяются обычно не для отдельных кристаллов, а для агрегатов глинистых частиц, в результате чего получаются средние их значения, которые, однако, различны для каждой из основных групп глинистых минералов.

Описание обломочной примеси должно содержать сведения о ее минеральном составе, величине зерен и характере распределе­ния их в породе. Необходимо указать процентное соотношение глинистой части породы и обломочного материала.

Среди аутигенных неглинистых минералов в глинах чаще все­го встречаются окислы и гидроокислы железа и алюминия, раз­личные карбонаты и сульфаты, модификации кремнезема, пирит, марказит и т. д.

Структурные и текстурные особенности глинистой породы обусловлены количеством и характером распределения обломоч­ных и аутигенных компонентов.

Ниже дается примерный план описания глинистой породы в шлифе: 1) название породы; 2) минеральный состав и строение основной глинистой массы; 3) минеральный состав, размеры, отно­сительное количество и особенности распределения в породе пес­чаной и алевритовой примесей; 4) аутигенные минералы и органи­ческие остатки; 5) структура и текстура.

Название породы слагается из характеристики минерального состава глинистой породы и особенностей ее структуры (например глина алевритистая гидрослюдисто-каолинитовая).

Глава VII