Кіріспе
Минералдар немесе тау жыныстары бөлшектерінен тұратын шөгінді тау жыныстары.
Кластикалық тау жыныстары бұрыннан бар минералдар мен тау жыныстарының бөлшектерінен, немесе кластардан құралған. Класт – физикалық тозудың нәтижесінде басқа тау жыныстарынан бөлінген геологиялық қиыршықтардың, кесектердің және ұсақ түйіршіктердің фрагменті. Геологтар кластикалық терминін шөгінді тау жыныстарын және шөгінділердің тасымалдану кезіндегі бөлшектерін – олардың суспензияда немесе төсек жүктемесі ретінде және шөгінділерде кездесетін жағдайларын сипаттау үшін қолданады.
Седименттік кластикалық жыныстар
Кластикалық шөгінді тау жыныстары – негізінен ескірген және эрозияға ұшыраған тау жыныстарының сынықтарынан немесе кластарынан құралған тау жыныстары. Кластикалық шөгінділер немесе шөгінді тау жыныстары бөлшектің мөлшері, кластардың және цементтеуші материалдың (матрица) құрамы, сондай-ақ текстурасы бойынша жіктеледі. Жіктеу факторлары үлгінің қалыптасқан ортасын анықтау үшін көбінесе пайдалы болады. Кластикалық ортаның мысалы – өзен жүйесі, онда ағын сумен тасымалданатын бөлшектердің толық диапазоны жоғарыдағы қатты тау жынысынан эрозия арқылы алынған бөлшектерден тұрады. Бөлшектің мөлшері балшықтан (балшық тастар мен саз тастарда); ұсақ тозаңнан (ұсақ тозаң тастарда); құмнан (құм тастарда); қиыршық тас, кесек тас, конгломераттар мен брекчиялардағы алып кесектерге дейін өзгереді. Крумбейннің фи (φ) шкаласы осы терминдерді сандық түрде логарифмдік өлшем шкаласында реттейді.
Силицикластық шөгінді тау жыныстары
Силицикластық тау жыныстары – кварц немесе силикаттардың түрлері түрінде, негізінен кремнийден ғана тұратын, карбонат емес, шөгінді тау жыныстары.
Құрамы
Силицикластық шөгінді тау жыныстарының құрамына олардың химиялық және минералогиялық құрамдас бөліктері, сондай-ақ осы тау жыныстарын құрайтын цементтеу материалы кіреді. Боггс оларды төрт санатқа бөледі: негізгі минералдар, қосымша минералдар, тау жынысы сынықтары және химиялық шөгінділер. Негізгі минералдарды химиялық ыдырауға төзімділігіне қарай кіші топтарға бөлуге болады. Химиялық ыдырауға жоғары төзімділері тұрақты, ал төзімділігі төмендеулері тұрақсыз саналады. Силицикластық шөгінді тау жыныстарында ең көп кездесетін тұрақты минерал – кварц (SiO2). Бұл тау жыныстары көбінесе конгломераттар мен брекшияларға жіктеледі. Бұл екі санатты ажырататын басты ерекшелік – бөлшектердің дөңгелектелу дәрежесі. Конгломераттарды құрайтын қиыршықтай бөлшектер жақсы дөңгелектенген, ал брекшияларда бұрышты болады. Конгломераттар көптеген, тіпті барлық геологиялық кезеңдердің стратиграфиялық қималарында жиі кездеседі, бірақ олардың жалпы шөгінді тау жыныстарының салмағындағы үлесі бір проценттен кемді құрайды. Олар кварц, фельдспар және лит түйіршіктерінің салыстырмалы мөлшері мен осы ірі түйіршіктер арасындағы сазды матрицаның мөлшерін пайдаланады.
Саз тастар
Ұсақ түйірлі тау жыныстары саз тастар деп жіктеледі. Саз тастардың құрамындағы материалдың кемінде 50 пайызы балшық және күлденең тозаңнан тұрады. Саз тастарды жіктеу схемалары әртүрлі болуы мүмкін, бірақ көпшілігі негізгі құрамдас бөліктердің түйір өлшемдеріне негізделген. Саз тастарда бұл әдетте күлденең тозаң мен балшық болып табылады. Блатт, Миддлтон және Мюррейдің айтуынша, негізінен күлденең тозаң бөлшектерінен тұратын саз тастар күлденең тастар деп аталады. Ал, құрамында басым бөлігі балшық болса, онда ол балшықты тас деп аталады. Геологияда балшық пен күлденең тозаңның қоспасы саз деп аталады. Көп мөлшерде балшық пен күлденең тозаңы бар тау жыныстары балшық тастар деп аталады. Кейбір жағдайларда шифер термині де саз тастарды атау үшін қолданылады және көпшілік тарапынан кеңінен қабылданады. Дегенмен, басқалары шифер терминін балшық құрауыштарының проценттік үлесіне сәйкес саз тастарды одан әрі жіктеу үшін пайдаланады. Балшықтың қабатты пішіні оның бөлшектерін бірінің үстіне бірін үйіріліп, қабаттар немесе жалаңаш қабаттар құруға мүмкіндік береді. Нағыз үлгіде балшық көп болған сайын, тау жынысы соғұрлым қабатты болады. Осы жағдайда шифер қабатты саз тастар үшін, ал балшық тас – қабатталмағандары үшін қолданылады.
Силицикластық шөгінді жыныстардың диагенезі
Силицикластық тау жыныстары бастапқыда қиыршық тас, құм және саз сияқты бос шөгінділер түрінде қалыптасады. Бос шөгінділерді қатты шөгінді тау жыныстарына айналдыру процесі литификация деп аталады. Литификация процесінде шөгінділер тау жынысына айналу алдында физикалық, химиялық және минералогиялық өзгерістерге ұшырайды. Литификацияның негізгі физикалық процесі – тығыздалу. Шөгінділердің тасымалдануы мен жиналуы жалғасқанда, жаңа шөгінділер бұрын жиналған қабаттардың үстіне жиналып, оларды көмеді. Көмілу жалғасып, үстіндегі шөгінділердің салмағы температура мен қысымның артуына себеп болады. Температура мен қысымның артуы бос түйіршікті шөгінділердің тығыз жиналуына әкеледі, бұл саңылаулылықты азайтады, нәтижесінде шөгіндіден су сығылып шығады. Саңылаулылық қалған кеңістіктерге минералдардың шөгуі арқылы одан әрі азаяды. Процестің соңғы кезеңі – диагенез, ол төменде егжей-тегжейлі қарастырылады.
Цементтеу
Цементация – бұл диагенетикалық процесс, оның барысында ірі ұсақ түйіршікті шөгінділер литификацияланып немесе қатты, тығыз тау жыныстарына айналады, әдетте шөгінділердің жеке түйіршіктері арасындағы кеңістіктерге минералдардың орналасуы немесе шөгінді түзілуі арқылы. Цементация шөгінділердің жиналуымен бірдей уақытта немесе кейін де жүзеге асуы мүмкін. Сонымен қатар, шөгінді жиналғаннан кейін, ол төменде талқыланған диагенездің әртүрлі кезеңдерінен өтіп, цементацияға ұшырайды.
Жайық жерлеу (эогенез)
Эогенез диагенездің бастапқы кезеңдерін көрсетеді. Бұл өзгерістер бірнеше метрден ондаған метрге дейінгі өте жақын тереңдікте жүзеге асыруы мүмкін. Осы диагенетикалық фазада болатын өзгерістердің басым бөлігі шөгінділердің қайта өңделуімен байланысты. Шөгінділердің тығыздалуы және түйіршіктердің қайта жиналуы, биотурбация, сондай-ақ минералогиялық өзгерістер әртүрлі деңгейде жүреді. Аз тереңдікке байланысты, шөгінділер осы кезеңде аз ғана тығыздалады және түйіршіктердің орналасуы шамалы өзгереді. Ағзалар шөгінді жинақталу шекарасының жанында қазу, иелену және кейбір жағдайларда шөгінділерді жұту арқылы шөгіндіні қайта өңдейді. Бұл процесте шөгінді жинақталған кезде қалыптасқан шөгінді құрылымдары жойылуы мүмкін. Мысалы, қабаттану сияқты құрылымдар ағзалардың әрекетіне байланысты жаңа құрылымдарға ұшырайды. Бетке жақын орналасқандықтан, эогенез маңызды минералогиялық өзгерістердің пайда болуына мүмкіндік береді. Бұл негізінен жаңа минералдардың шөгінуімен байланысты.
Эогенез кезінде минералогиялық өзгерістер
Эогенез кезінде болатын минералогиялық өзгерістер, шөгіндінің қандай ортада жиналғандығына байланысты. Мысалы, пириттің түзілуі теңіз ортасындағы тотықсыздану жағдайларының белгісі болып табылады. Пирит цемент ретінде түзілуі мүмкін, немесе ағаш сынықтары сияқты органикалық заттарды алмастыра алады. Басқа маңызды реакцияларға хлорит, глауконит, иллит және темір оксидінің (егер тесік суында оттегі болса) түзілуі жатады. Калийлі дала шпатының, кварцтың өсуі және карбонатты цементтердің шөгуі де теңіз жағдайында жүреді. Теңіздік емес ортада көбінесе тотығу жағдайлары басым болады, яғни темір оксидтері жиі каолин тобының саз минералдарымен бірге түзіледі. Кварц пен кальцит цементтерінің шөгуі теңіздік емес жағдайларда да мүмкін.
Қатыстыру
Осадкалар тереңге жерленген сайын жүктеме қысымы артады, нәтижесінде дәншелер тығыз жиналады және қабаттар жұқарады. Бұл дәншелер арасындағы қысымды арттырады, соның салдарынан дәншелердің ерігіштігі жоғарылайды. Осының нәтижесінде силикат дәншелерінің ішінара еріуі жүзеге асады. Бұл процеске қысымдық ерітінділер деп аталады. Химиялық тұрғыдан алғанда, температураның көтерілуі химиялық реакциялардың жылдамдығын арттырады. Бұл көптеген минералдардың (буланушылардан басқа) ерігіштігін арттырады. Сонымен қатар, қабаттар жұқарады және кеуектілігі төмендейді, бұл кремний немесе карбонат цементтерінің қалған кеуектік кеңістікке тұну арқылы цементтелуіне жағдай жасайды. Бұл процесте минералдар шөгінділер арасындағы тесіктер арқылы ағып өтетін сулы ерітінділерден кристалданады. Тұнбаның химиялық құрамы мен пайда болған цементтің құрамы бірдей болуы мүмкін. Құмтастарда каркас дәншелері көбінесе кремний немесе карбонатпен цементтеледі. Цементтелудің мөлшері тұнбаның құрамына байланысты. Мысалы, лит құмтастарда цементтелу аз болады, себебі каркас дәншелері арасындағы кеуектік кеңістік лайлы матрицамен толтырылады, бұл тұну үшін аз орын қалдырады. Бұл көбінесе сазды тастарда да кездеседі. Ығысудың нәтижесінде сазды тастардан тұратын саз тұнбалары салыстырмалы түрде су өткізбейді.
Тарату
Терең жерлеу кезінде каркастық силикат түйіршіктері мен бұрын қалыптасқан карбонат цементінің еріуі мүмкін. Мұны ықпалдастыратын жағдайлар цементтеуге қажетті жағдайларға толыққанды қарсы. Төмен тұрақтылығы бар тау жынысы сынықтары және силикат минералдары, мысалы плагиоклаздық фельдспат, пироксендер және амфиболдар, көмілу температурасының артуы және кеуекті сулардағы органикалық қышқылдардың болуы салдарынан еріуі мүмкін. Каркас түйіршіктері мен цементтердің еріуі, әсіресе құмтастарда, кеуектілікті арттырады.
Минералды алмастыру
Бұл бір минералдың еріп, жаңа минералдың жауын-шашын арқылы бос кеңістікті толтыру процесін білдіреді. Ауыстыру толық немесе ішінара болуы мүмкін. Толық ауыстыру бастапқы минералдардың немесе тау жынысының сынықтарының бастапқы бейнесін жойып, тау жынысының алғашқы минералдық құрамын бұрмалап көрсетеді. Бұл процесс кеуектілікке де әсер ете алады. Мысалы, саз минералдары кеуекті кеңістікті толтырып, осылайша кеуектілікті азайтады.
Телогенез
Жерлеу процесінде тау пайда болу оқиғасы немесе эрозия салдарынан силицикластық шөгінділер көтерілуі мүмкін. Көтерілу орын алғанда, көмілген шөгінділер мүлдем жаңа ортаға ашылады. Бұл процесс материалды бетке немесе оған жақындататындықтан, көтерілген шөгінділер төмен температура мен қысымға, сондай-ақ сәл қышқыл жаңбыр суына ұшырайды. Осы жағдайларда, каркас түйіршіктері мен цемент қайтадан еріп, нәтижесінде кеуектілік артады. Екінші жағынан, телогенез каркас түйіршіктерін саздарға айналдыра алады, осылайша кеуектілікті азайтады. Бұл өзгерістер тау жынысының қандай жағдайларға ұшырағанына, сондай-ақ тау жынысы мен кеніш суының құрамына байланысты. Белгілі бір кеніш сулары карбонат немесе кремний цементтерінің одан әрі шөгуіне себеп болуы мүмкін. Бұл процесс темірлі минералдардың әртүрлі түрлерінің тотығу процесін де жеделдетуі мүмкін.
Седименттік брексиялар
Тұнбалы брекшиялар – басқа тұнбалы тау жыныстарының бұрышты немесе жартылай бұрышты, кездейсоқ бағытталған сынықтарынан тұратын кластикалық тұнбалы тау жыныстарының бір түрі. Олар мынадай жағдайларда қалыптасуы мүмкін:
Су асты қалдық ағынында, қар көшкінінде, лай ағынында немесе сулы ортадағы массалық ағында. Техникалық тұрғыдан алғанда, турбидиттер – бұл қалдық ағынының бір түрі және тұнбалы брекшия ағынына ұсақ бөлшекті шеткі шөгіндісі болып табылады. Бұрышты, нашар сұрыпталған, өте жетілмеген тау жынысы сынықтары, олар массалық ыдырау нәтижесінде пайда болады. Бұл, мәні бойынша, литифтелген коллювий. Тұнбалы (коллювиалды) брекшиялардың қалың қабаттары көбінесе грабендердегі жарықтардың жанында қалыптасады. Практикада, әсіресе бұрғылау мәліметтеріне ғана сүйенген жағдайда, қалдық ағыны бар тұнбалы брекшия мен коллювиалды брекшияны ажырату кейде қиын болуы мүмкін. Тұнбалы брекшиялар көптеген тұнбалы эксалациялық кен орындарының маңызды қабылдаушы тау жынысы болып табылады.
Метаморфты кластикалық тау жыныстары
Кластикалық метаморфтық жыныстарға жарықтарда (жарылымдарда) пайда болатын брексиялар, сондай-ақ кейбір протомилонит және псевдотахилит жатады. Сирек жағдайларда метаморфты тау жыныстары гидротермальды сұйықтықтардың әсерінен сынықтанып, гидрофрактюралық брексияны құрайды.
Гидротермиялық кластикалық тау жыныстары
Гидротермиялық кластикалық тау жыныстары көбінесе гидрофрактура нәтижесінде пайда болғандарымен шектеледі, яғни гидротермиялық айналым қабырға тау жыныстарында жарықтар мен сынықтар жасап, оларды тамырлармен толтыру процесі. Бұл әсіресе эпитермальды кен орындарында жақсы байқалады және көптеген интрузивті тау жыныстарының, әсіресе граниттердің айналасындағы өзгеру аймақтарымен байланысты. Көптеген скарн және грейзен кен орындары гидротермальдық бресшалармен байланысты.
Жарылыс соққысы
Метеорит соқтығысы кезінде салыстырмалы түрде сирек кездесетін кластикалық тау жынысы пайда болуы мүмкін. Ол негізінен шығарылған материалдан (эжектадан) тұрады: жергілікті тау жынысының сынықтары, балқыған тау жынысының фрагменттері, тектиттер (соқтығыс кратерінен ұшырылған шыны) және ерекше фрагменттер, соның ішінде соқтығыс тудырғыштан (импактордан) алынған фрагменттер де бар. Кластикалық тау жынысын соқтығыс брекчиясы ретінде анықтау үшін жарылу конустарын, тектиттерді, сферолиттерді және соқтығыс кратерінің морфологиясын тану қажет, сондай-ақ нақты химиялық және іздік элементтердің белгілерін, әсіресе осмиридиумды анықтау да қажет болуы мүмкін.