logo1

Литология

Р. А. Щеколдин

Конспект лекций

кафедра ИДГ-лого

Методы литологических исследований

Методы исследований в литологии целесообразно разделить на петрографические и собственно литологические. При этом первые сосредоточены на непосредственном описании горных пород, а вторые нацелены на процессы и обстановки их формирования. Петрографические и литологические методы делятся на полевые и лабораторные. Каждый метод включает стадию сбора, добывания фактов, что чаще всего сводится к описанию, документации, и стадию интерпретации этих фактов. Между полевыми и лабораторными петрографическими методами нет резкой границы. Так, в полевых условиях тоже применяют химические анализы, микроскопические и физические методы, а в лабораториях, как и в поле, проводят макроскопические описания образцов.

Полевые методы

Полевые петрографические методы в литологии играют более важную роль, чем при полевом изученио магматических и метаморфических пород. Результаты полевого изучения осадочных пород и их сообществ являются основой для обобщения всего последующего, в том числе и лабораторного, изучения и генетического истолкования.

Полевое изучение не ограничивается описанием отдельной породы, а нацелено на изучение свойств и типов ассоциаций пород – парагенезов.

Общая схема полевого изучения:

Порода описывается подробно, по единой схеме:

Цвет для осадочных пород – важнейшая характеристика. По нему можно судить о составе породообразующих минералов и незначитсльных примесей. Причину окраски следует определить, хотя бы предположительно. Степень неравномерности окраски выявляет скрытую текстуру, например слоистость. Необходимо указывать цвет на свежей и выветрелой, а также на сухой и влажной поверхности.

При характеристике структуры следует вначале подразделить породы на зернистые и незернистые. Поскольку предел разрешения глазом около 0,05 мм, к незернистым условно будут отнесены породы с меньшим размером зерен. У зернистых пород отмечаются: диапазон размеров зерен, размер преобладающих зерен, степень равно- или разнозернистости (для обломочных пород — степень сортировки). Визуально незернистые породы называются пелитоморфными, если они похожи на глину, или афанитовыми, если они имеют стекловатый облик.

Текстура полнее изучается в обнажении, чем в керне или в образцах. Она позволяет восстанавливать динамику среды. Внутренние текстуры делятся на неслоистые и слоистые. Для последних описываются форма слоистости, ее масштаб, чем она выражена (сортировкой частиц, цветом, включениями и т.п.). Наряду с внутренними, тщательно изучают текстуры поверхностей напластования (рябь волнения, течения, ветровая, трещины усыхания, следы ползания и зарывания и т.д.) На подошвах слоев – слепки следов, оставленных живыми существами, и следов размыва, царапин, внедрения и т.д. Неслоистые текстуры также по возможности объясняются генетически: первичны ли они или вторичны (биотурбации, обвально-оползневые и т.п.).

Минеральный состав в полевых условиях не всегда определяется достоверно. Тем не менее, его необходимо указывать, хотя бы с оговоркой: «по-видимому», «вероятно» и т.п. Минералы и компоненты оцениваются и количественно, лучше в процентах, хотя бы ориентировочных (20-30% и т.п.). В результате изучения состава определяется его тип – «мономинеральный», «полимиктовый», «кварц-полевошпатовый» и т.д.

Включения описываются по обычной схеме: название, минеральный состав, цвет, форма, строение, физические признаки, вторичные изменения и др., количество, распределение по породе и, по возможности, стадия образования. Особо отмечают включения – полезные ископаемые.

Крепость оценивается по приблизительной шкале: породы рыхлые (не держат форму, рассыпаются сами или при легком нажатии пальцами), слабой крепости (рассыпаются в пальцах с нажатием), средней крепости (не ломаются в руках, но легко разбиваются молотком), крепкие (трудно разбиваются молотком) и весьма крепкие (очень трудно разбиваются молотком). Степень пористости определяется по впитыванию воды в породу, по прилипанию к языку.

Вторичные изменения описывают отдельно эндогенные (кливаж, прожилки, оквацевание и т.п.) и экзогенные (выветрелость, обохренность и т.д.) с указанием их степени (слабые, умеренные, сильные).

Полевые литологические методы имеют целью выявление процессов и условий формирования пород, выделение генетических типов и фаций. Объектами литологического изучения являются текстуры и структуры пород, остатки организмов, следы их жизнедеятельности, форма геологических тел, их взаимоотношения с другими телами в разрезе и в пространстве, внутренняя изменчивость, размеры, характер контактов и т.д.

Литологический анализ правильнее начинать не с отдельных слоев, а с их парагенезов, например с выделения циклитов (многослоев). В результате литологического изучения выделяются естественные тела – литологические типы (литотипы). Литотипы выделяются в основном по первичным признакам, отражающим процессы и условия формирования осадка.

Сначала надо произвести типизацию слоев, свести их к немногим десяткам типов. Затем по отношению к литотипам проводят генетическую интерпретацию на основе первичных признаков. На основе полевого изучения дают предварительный вариант такой интерпретации, предположительное отнесение литотипов к тем или иным генотипам.

Лабораторные методы

Макроскопическое описание образцов проводится так же, как и полевое описание. Основные приемы изучения – визуальная оценка признаков с использованием лупы, иглы,ножа, линеек и трафаретов.

микроскопическое изучение шлифов

Микроскопическое изучение пород включает следующие пункты: 1) название породы, 2) цвет, 3) структура, 4) текстура, 5) состав, 6) пористость, 7) укладка, 8) включения, 9) вторичные изменения и 10) прочие признаки. Укладку нередко описывают вслед за текстурой или вместе с ней.

Цвет в шлифе – не то же, что цвет в образце. Породы крупнозернистые или крупнокристаллические обычно бесцветны, ходя в песчаниках может быть окрашенный цемент. Цвет однородных по составу или тонкозернистых пород в шлифе более информативен, часто он связан с красящими примесями, например, с органическим веществом или гидроксидами железа.

Структура в шлифе изучается с достаточной полнотой. Для оценки размеров зерен обломочных пород проводится подсчет размеров не менее 300 зерен подряд с помощью окуляра-микрометра. Оценивается и форма зерен, для обломочных пород – прежде всего по окатанности. Для пород кристаллических оценивается степень идиоморфности.

Текстура в шлифе описывается так же, как и в образце. Следует учитывать, однако, что мощность слойков может быть больше размеров шлифа, и текстура может казаться массивной, хотя на самом деле она слойчатая. Поэтому рекомендуется в описании указывать лишь беспорядочную текстуру в шлифе. Тонкослойчатые текстуры описываются, как и в образце, полностью: форма, степень выраженности, чем она выражена, мощность слойков, характер границ и причина слоистости.

Состав породы требует систематического описания. Наиболее часто применяют подразделение на главные, или породообразующие, и редкие, или акцессорные, компоненты; полезно выделять и промежуточный класс – второстепенные компоненты. Минералы описывают от наиболее распространенных к редким. Для каждого минерала указывают название, его содержание, цвет, форму, размер, спайность, оптические свойства, включения, вторичные изменения. Для обломков пород описываются структура, текстура, состав. Для биокластов указывают систематическую принадлежность (по возможности), степень сохранности, признаки переотложения и изменения. Содержания компонентов надо выражать в процентах, пусть даже весьма приблизительно.

Пористость. При описании пористости отмечают размер, форму пор, распределение их по породе, общую пористость в процентах (по площади), степень заполненности пор каким-либо веществом, связанность или изолированность их друг от друга, первичность или вторичность и пр.

Описание шлифа сопровождается его зарисовкой или фотографией. Любой рисунок должен быть снабжен линейным масштабом, условными обозначениями, указанием на присутствие/отсутствие анализатора.

изучение образца под бинокулярной лупой

Изучение под бинокулярной лупой занимает место между визуальным исследованием и микроскопическим изучением шлифов. Преимущество его в том, что зерна можно изучать с разных сторон, следовательно, более полно оценивать форму, окатанность, характер поверхности, проводить микрохимические реакции, отбирать мономинеральные фракции. Можно успешно и детально изучать скол породы, а также пришлифовки.

Гранулометрический анализ применяется для обломочных и глинистых пород, прежде всего для рыхлых пород, осадков, грунтов и почв. Данные гранулометрического анализа обрабатываются графически и статистически.

Шлиховой анализ – вид минералогического анализа шлихов, являющихся тяжелым остатком после промывки рыхлой породы на лотках. Изучение проводят под бинокулярными стереоскопическими микроскопами.

Иммерсионный метод

Иммерсионный метод – изучение минералов в зернах, погружаемых в жидкости с известными показателями преломления. На предметное стекло помещают одно или несколько зерен исследуемого минерала, покрывают покровным стеклом, берут жидкость из набора (стандартный набор состоит из 98-100 жидкостей) и вводят ее под стекло. Препарат, как и шлиф, изучают под микроскопом. Можно использовать специальные иммерсионные объективы, которые погружают прямо в жидкость, тогда покровного стекла не требуется. Подбирают две соседние жидкости, показатель преломления одной из которых был бы меньше, а другой – больше, чем у минерала. Показатель преломления минерала определяют как среднее арифметическое между показателями преломления жидкостей.

Термический анализ – исследование вещества изучением фазовых превращений в нем в зависимости от изменения температур в широких (до 1000-1500°С) интервалах. Эти изменения идут с выделением или поглощением тепла, т.е. проходят экзо- и эндотермические превращения. Обычно записывают две кривые – температурную и дифференциальную. Каждый минерал характеризуется своей термокривой. С помощью атласа таких кривых для мономинеральных веществ можно определять их минеральный состав. Наиболее ценные результаты метод дает при изучении карбонатов, глин, солей, окисных и некоторых других хемогенных пород.

Рентгеноструктурный анализ основан на свойстве рентгеновских лучей отражаться от плоских сеток кристаллической решетки. В настоящее время чаще применяется метод рентгеновской дифрактометрии, особенно при изучении слоистых силикатов (глин и слюд).

Химический анализ решает следующие задачи:

  1. Определение количественного содержания основных породообразующих элементов (или их окислов).
  2. Установление наличия и количественных соотношений входящих в породу минералов и других естественных компонентов.
  3. Геохимическое изучение – определение тех компонентов, которые позволяют выяснить геохимические условия формирования осадков и пород или могут быть использованы для корреляции немых толщ.

Спектральный эмиссионный анализ – определение элементного состава вещества по спектру излучения его атомов. Излучение при помощи спектрального прибора разлагается в эмиссионный спектр, состоящий из отдельных спектральных линий (линейчатый спектр), каждой из которых соответствуют свое значение частоты фотона и длина волны. Наиболее часто выполняется полуколичественный спектральный анализ, результаты которого используются для геохимического анализа.

Результаты химических и физико-химических анализов необходимо пересчитать, обработать и истолковать как минералы или термодинамические либо химические параметры среды образования.

Анализ осадочных формаций

Формационный анализ – метод изучения истории тектонических движений, эволюции структур земной коры и климатических условий на основе анализа геологических формаций.

Геологическая формация –
геологическое тело, сложенное парагенетической ассоциацией горных пород, образованных в условиях определенного тектонического режима.

Наиболее простым способом сведения и обобщения формаций является построение формационных рядов, формационных колонок, разрезов, таблиц или карт распространения формаций на поверхности. Карты, разрезы, ряды, колонки, таблицы служат основанием для выделения структурно-формационных зон, для характеристики строения и истории развития отдельных структур, расшифровки глубинного строения бассейнов и территорий, закрытых чехлом молодых осадков, и т. д.

Ниже приводятся индикационные ряды осадочных формаций для основных геодинамических обстановок (в скобках – формации для аридных условий).

  1. Зрелые континентальные рифты. Вертикальный ряд (снизу вверх): кора выветривания, вулканиты, терригенные угленосные (терригенные красноцветы), карбонатно-терригенные, известково-глинистые формации (гипсоносная формация с доломитами, ангидритами, солями) → терригенные песчанисто-глинистые формации, часто угленосные (терригенные красноцветы: сульфатно-карбонатный ряд формаций с эвапоритами), карбонатно-терригенно-соленосная формация → угленосная формация, терригенные формации аллювиальных конусов выноса (алеврито-песчаниково-конгломератовая красноцветная формация), прибрежно-морские терригенно-карбонатные формации (вулкано-терригенная, гипсоносная формация) → глубоководные аргиллиты, терригенная аллювиальная моласса подводных конусов выноса – фангломераты (красноцветная моласса), рифтовая формация → терригенные алевролито-песчаниковые, карбонатно-терригенные формации (карбонатная сульфатно-глинистая формация).
  2. Авлакогены. Полная последовательность формаций та же, что и для зрелых континентальных рифтов. Отличия:
    • 1) суммарные мощности разреза авлакогена значительно больше, причем существенная часть мощностей падает на формации, соответствующие стадии изостатического проседания, т. е. прибрежно-морские формации паралического ряда (угленосные и ритмично построенные терригенные толщи с пачками проксимальных турбидитов);
    • 2) стратиграфический диапазон формаций авлакогена измеряется несколькими геологическими периодами, тогда как для зрелых континентальных рифтов он не превышает 15-40 млн лет;
    • 3) палеоавлакогены имеют докембрийский или палеозойский возраст, более молодые продолжают функционировать как современные осадочные бассейны;
    • 4) вертикальные ряды формаций существенно меняются в зависимости от рассматриваемых структурных частей авлакогена.
  3. Надрифтовые впадины. Общие литогеодинамические закономерности определяются не столько региональной геодинамикой, сколько сочетанием глобальных и местных воздействий на денудационно-аккумулятивную систему надрифтовых впадин (эвстатические колебания уровня океана, локальные тектонические подвижки и т. д.). Поэтому индикационные ряды формаций оказываются строго индивидуализированными. Они устанавливаются эмпирически для каждого конкретного бассейна.
  4. Сдвиговые бассейны. Общие закономерности осадочного выполнения:
    • 1) быстрое латеральное выклинивание формаций как в продольном, так и в поперечном направлении;
    • 2) резкая асимметрия в распределении мощностей формаций у противоположных бортов бассейна.
  5. Межконтинентальные рифты. Вертикальный ряд (снизу вверх): тонкоритмичная аргиллит-алевролитовая формация (дистальные турбидиты) наподобие черных сланцев доманикового типа → эвапориты → терригенные (часто угленосные), терригенно-карбонатные или часто карбонатные формации, а также биогермы.
  6. Подводные конусы выноса пассивных окраин. Латеральный ряд (от мелководья вглубь бассейна): грубозернистые песчаные турбидиты с присутствием оползневых и обвальных накоплений, расслоенные отложения пелагической глины (верхний фен) → проксимальные алевро-глинистые и (или) алевро-песчаные турбидиты, также расслоенные пелагической глиной (канализированные фации среднего фена) → алевро-песчаные и (или) песчано-алевролитовые и (или) существенно песчаные дистальные турбидиты, расслоенные пелагической глиной → контуриты (нижний фен).
  7. Шельфово-склоновые бассейны пассивных окраин. Вертикальный ряд (снизу вверх): полифациальная терригенная пестроцветная формация субконтинентального происхождения → аргиллитовая (нередко битуминозная) → эвапориты → серия морских терригенно-карбонатных формаций.
  8. Глубоководный желоб. Вертикальный ряд (снизу вверх): аспидная формация (тонкоритмичные дистальные турбидиты) → флиш (дистальные и проксимальные турбидиты) → морская моласса (проксимальные турбидиты и флуксотурбидиты).
  9. Преддуговые и междуговые бассейны. Эмпирические закономерности:
    • 1) двухъярусное строение осадочной толщи; нижний ярус – сильно дислоцированные пачки пород аккреционной призмы, на которых с угловым несогласием лежат породы верхнего яруса: алевролиты и аргиллиты (нередко окремненные), турбидиты (глинистые и песчаные) с прослоями вулканического пепла (тефротурбидиты), пачки вулканокластических пород;
    • 2) точного порядка следования формаций верхнего яруса не отмечается.
  10. Задуговые бассейны (окраинные моря). Вертикальный ряд формаций для бассейнов с затухающим спредингом (снизу вверх): витрокластические туфы и вулканокластические туфоконгломераты (тефротурбидиты) → пелагические глины, расслоенные туфовыми прослоями → пелагические карбонатосодержащие глины, переходящие вверх по разрезу в тонкоритмичные терригенные отложения, полностью лишенные карбонатного материала.

Выводы

  1. Методы исследований в литологии целесообразно разделить на петрографические и собственно литологические.
  2. Петрографические и литологические методы делятся на полевые и лабораторные.
  3. Полевое изучение нацелено на изучение свойств и типов ассоциаций пород – парагенезов.
  4. Полевые литологические методы имеют целью выявление процессов и условий формирования пород, выделение генетических типов и фаций.
  5. Микроскопическое изучение – основной метод лабораторного исследования осадочных пород.
  6. Гранулометрический анализ применяется для обломочных и глинистых пород.
  7. Термический анализ – исследование вещества изучением фазовых превращений в нем в зависимости от изменения температур.
  8. Рентгеноструктурный анализ основан на свойстве рентгеновских лучей отражаться от плоских сеток кристаллической решетки.
  9. Формационный анализ – метод изучения истории тектонических движений, эволюции структур земной коры и климатических условий на основе анализа геологических формаций.

Вопросы для самопроверки

  1. Какие признаки отражаются при полевом описании пород?
  2. Как и для чего выделяются литотипы?
  3. В чем состоит преимущество изучения образцов пород под бинокулярной лупой?
  4. Что представляет собой шлиховой анализ?
  5. Что представляет собой иммерсионный анализ?
  6. Для каких типов пород применяют термический анализ?
  7. Для каких типов пород применяют рентгеноструктурный анализ?
  8. Что называют геологической формацией?