Введение

Осадочные породы, образованные из минеральных или скальных обломков.

Кластические породы состоят из фрагментов, или кластов, ранее существовавших минералов и горных пород. Класт – это обломок геологического детрита, куски и более мелкие зерна горных пород, отколовшиеся от других пород в результате физического выветривания. Геологи используют термин «кластический» для описания осадочных пород и частиц при переносе осадка, будь то во взвешенном состоянии или в виде донного груза, а также в осадочных отложениях.

Осадочные кластические породы

Кластические осадочные породы – это породы, состоящие преимущественно из обломков или кластов более древних, выветрившихся и эродированных пород. Кластические осадки или осадочные породы классифицируются по размеру зерен, составу кластов и цементирующего материала (матрицы), а также по текстуре. Факторы классификации часто полезны для определения среды отложения образца. Примером кластической среды может служить речная система, в которой весь диапазон переносимых движущейся водой зерен состоит из фрагментов, вымываемых из коренных пород выше по течению. Размер зерен варьируется от глины в сланцах и аргиллитах; через пыль в алевритах; песка в песчаниках; и гравия, гальки до обломков размером с валуны в конгломератах и брекчиях. Шкала Крумбейна φ (фи) численно упорядочивает эти термины в логарифмической шкале размеров.

Силицикластические осадочные породы

Силицикластические породы — это кластические некарбонатные породы, состоящие практически исключительно из кремния, в форме кварца или силикатов.

Состав

Состав силицикластических осадочных пород включает химические и минералогические компоненты каркаса, а также цементирующий материал, формирующий эти породы. Боггс разделяет их на четыре категории: основные минералы, акцессорные минералы, обломки горных пород и химические осадочные отложения. Основные минералы можно классифицировать на подгруппы в зависимости от их устойчивости к химическому разрушению. Обладающие высокой устойчивостью к разрушению классифицируются как стабильные, а остальные – как менее стабильные. Наиболее распространенным стабильным минералом в силицикластических осадочных породах является кварц (SiO2). Эти породы часто подразделяются на конгломераты и брекчии. Основной признак, различающий эти две категории, – степень округлости. Обломочные частицы размером с гравий в конгломератах хорошо округлены, тогда как в брекчиях они угловатые. Конгломераты встречаются в стратиграфических последовательностях большинства, если не всех, возрастов, но составляют лишь один процент или менее от общей массы осадочных пород по весу. Для их классификации используется относительное содержание кварца, полевого шпата и литических каркасных зерен, а также количество глинистой матрицы между этими более крупными зернами.

Грязевые камни

Скальные породы, классифицируемые как глинистые, имеют очень мелкое зерно. Ил и глина составляют не менее 50% материала, из которого состоят глинистые породы. Схемы классификации глинистых пород могут различаться, но большинство из них основаны на размере зерен основных компонентов. В глинистых породах это обычно ил и глина. Согласно Блатту, Миддлтону и Мюррею, глинистые породы, состоящие в основном из частиц ила, классифицируются как алевриты. В свою очередь, породы, в которых преобладает глина, называются глинистыми сланцами. В геологии смесь ила и глины называется глиной. Породы, содержащие большое количество ила и глины, называются глинистыми песчаниками. В некоторых случаях термин "сланец" также используется для обозначения глинистых пород и до сих пор широко принят. Однако другие используют термин "сланец" для дальнейшей дифференциации глинистых пород на основе процентного содержания глинистых компонентов. Пластинчатая форма глины позволяет ее частицам укладываться друг на друга, образуя ламинаты или слои. Чем больше глины в данном образце, тем более слоистой является порода. В этом случае сланцы резервируются для ламинированных глинистых пород, а глинистые песчаники – для неламинированных.

Диагенез силицикластических осадочных пород

Силицикластические породы изначально формируются как рыхлые осадочные отложения, включающие гравий, песок и ил. Процесс превращения рыхлых отложений в твердые осадочные породы называется литификацией. В ходе литификации осадки претерпевают физические, химические и минералогические изменения, прежде чем стать породой. Основным физическим процессом литификации является компактизация (уплотнение). По мере продолжения переноса и отложения осадков, новые отложения накапливаются поверх ранее отложенных слоев, погребая их. Погребение продолжается, и вес вышележащих отложений вызывает повышение температуры и давления. Это повышение температуры и давления приводит к тому, что рыхлые зернистые осадки становятся плотноупакованными, уменьшая пористость, по сути, вытесняя воду из осадка. Пористость дополнительно снижается за счет осаждения минералов в оставшиеся поры. Заключительная стадия процесса – диагенез, который будет подробно рассмотрен ниже.

Цементирование

Цементирование – это диагенетический процесс, посредством которого рыхлые обломочные осадочные породы превращаются в твердые, плотные горные породы, как правило, за счет отложения или осаждения минералов в порах между отдельными зернами осадка. Цементирование может происходить одновременно с отложением или позднее. Более того, после отложения осадок подвергается цементированию на различных стадиях диагенеза, которые рассматриваются ниже.

Неполное захоронение (эогенез)

Эогенез относится к ранним стадиям диагенеза. Это может происходить на очень небольшой глубине, от нескольких метров до десятков метров под поверхностью. Изменения, происходящие в течение этой диагенетической фазы, в основном связаны с переработкой осадочных пород. Уплотнение и переупаковка зерен, биотурбация, а также минералогические изменения происходят в различной степени. Из-за небольшой глубины осадочные породы подвергаются лишь незначительному уплотнению и перестройке зерен на этой стадии. Организмы перерабатывают осадок вблизи поверхности отложения, роя норы, ползая и, в некоторых случаях, поглощая его. Этот процесс может разрушать осадочные структуры, сформировавшиеся при отложении осадка. Структуры, такие как ламинация, сменяются новыми структурами, связанными с деятельностью организмов. Несмотря на близость к поверхности, эогенез создает условия для важных минералогических изменений, в основном связанных с осаждением новых минералов.

Минералогические изменения во время эогенеза

Минералогические изменения, происходящие в процессе эогенеза, зависят от среды, в которой отлагался данный осадок. Например, образование пирита характерно для восстановительных условий в морской среде. Пирит может формироваться в виде цемента или замещать органические вещества, такие как фрагменты древесины. Другие важные реакции включают образование хлорита, глауконита, иллита и оксидов железа (при наличии обогащенной кислородом поровой воды). Осаждение калиевого полевого шпата, кварцевых надростков и карбонатных цементов также происходит в морских условиях. В наземных средах окислительные условия почти всегда преобладают, что приводит к образованию оксидов железа совместно с глинистыми минералами группы каолинита. Осаждение кварцевых и кальцитовых цементов также может происходить в наземных условиях.

Уплотнение

По мере того, как осадочные породы погружаются на большую глубину, давление нагрузки возрастает, что приводит к более плотной упаковке зерен и уменьшению мощности пластов. Это вызывает увеличение давления между зернами, тем самым повышая их растворимость. В результате происходит частичное растворение силикатных зерен – этот процесс называется давлением растворения. С химической точки зрения, повышение температуры также может ускорить химические реакции, увеличивая растворимость большинства распространенных минералов (за исключением эвапоритов). Кроме того, уменьшение мощности пластов и снижение пористости создают условия для цементации, посредством осаждения кремнезема или карбонатных цементов в оставшееся пористое пространство. В этом процессе минералы кристаллизуются из водных растворов, проникающих через поры между зернами осадка. Образующийся цемент может иметь тот же химический состав, что и осадок, или отличаться от него. В песчаниках зерна каркаса часто цементируются кремнеземом или карбонатом. Степень цементации зависит от состава осадочного материала. Например, в литических песчаниках цементация менее выражена, поскольку пористое пространство между зернами каркаса заполнено глинистой матрицей, оставляющей мало места для осаждения цемента. Подобная ситуация часто наблюдается и в глинаках. В результате компакции глинистые осадки, составляющие глинаки, характеризуются относительно низкой проницаемостью.

Роспуск

Растворение каркасных силикатных зерен и ранее образовавшегося карбонатного цемента может происходить при глубоком захоронении. Условия, способствующие этому, в основном противоположны условиям, необходимым для цементации. Фрагменты пород и неустойчивые силикатные минералы, такие как плагиоклазовый полевой шпат, пироксены и амфиболы, могут растворяться вследствие повышения температуры при захоронении и присутствия органических кислот в поровой воде. Растворение каркасных зерен и цемента увеличивает пористость, особенно в песчаниках.

Замена минералов

Это относится к процессу, при котором один минерал растворяется, а на его месте образуется новый минерал посредством осаждения. Замещение может быть частичным или полным. Полное замещение уничтожает первоначальную структуру исходных минералов или обломков породы, искажая представление об изначальном минеральном составе породы. Этот процесс также может влиять на пористость. Например, глинистые минералы склонны заполнять поры, тем самым снижая пористость.

Телогениз

В процессе захоронения возможно, что впоследствии силицикластические отложения могут быть подняты в результате горообразования или эрозии. При поднятии погребенные отложения оказываются в принципиально новой среде. Поскольку этот процесс выносит материал на поверхность или ближе к ней, осадочные породы, подвергающиеся поднятию, испытывают более низкие температуры и давления, а также воздействие слегка кислого дождевого раствора. В этих условиях зерна скелета и цемент вновь подвергаются растворению, что, в свою очередь, приводит к увеличению пористости. С другой стороны, телогенез также может превращать зерна скелета в глинистые минералы, тем самым снижая пористость. Эти изменения зависят от конкретных условий, которым подвергается порода, а также от ее состава и состава порных вод. Определенные порные воды могут вызывать дальнейшее осаждение карбонатных или кремнеземных цементов. Этот процесс также может стимулировать окисление различных железосодержащих минералов.

Осадочные брекии

Осадочные брекчии – это тип кластических осадочных пород, состоящих из угловатых или слегка сглаженных, хаотично ориентированных обломков других осадочных пород. Они могут формироваться в подводных осыпях, лавинах, грязевых потоках или массовых потоках во водной среде. Технически, турбидиты являются разновидностью отложений осыпей и представляют собой мелкозернистые периферийные отложения осадочного потока брекчий. Они образуются как угловатые, плохо отсортированные, очень незрелые фрагменты пород в мелкозернистой матрице, формирующиеся в результате массового удаления материала. По сути, это литифицированный коллювий. Мощные последовательности осадочных (коллювиальных) брекчий обычно формируются вблизи уступов разломов в грабенах. В полевых условиях иногда бывает сложно отличить осадочную брекчию, образовавшуюся в результате осыпи, от коллювиальной брекчии, особенно при работе исключительно с данными бурения. Осадочные брекчии являются важной вмещающей породой для многих осадочных эксалативных месторождений.

Метаморфные кластические породы

Кластические метаморфические породы включают брекчии, образовавшиеся в зонах разломов, а также некоторые протомилониты и псевдотахилиты. В отдельных случаях метаморфические породы могут быть брекчированы гидротермальными флюидами, формируя гидрофрактурную брекчию.

Гидротермальные кластические породы

Гидротермальные кластические породы обычно встречаются в тех случаях, когда они образованы в результате гидроразрыва – процесса, при котором гидротермальная циркуляция растрескивает и дробит вмещающие породы, а затем заполняет трещины и пустоты жилами. Это особенно характерно для эпитермальных рудных месторождений и связано с зонами изменения, окружающими многие интрузивные породы, особенно граниты. Многие месторождения скарна и грейзена ассоциируются с гидротермальными брекчиями.

Ударные переломы

При ударе метеорита может образоваться довольно редкая форма кластической породы. Она состоит главным образом из выброшенного материала: обломков коренной породы, фрагментов расплавленной породы, тектитов (стекла, выброшенного из ударного кратера) и экзотических фрагментов, включая обломки, происходящие непосредственно от самого метеорита. Для идентификации кластической породы как ударной брекчии необходимо распознать ударные конусы, тектиты, сферолиты и морфологию ударного кратера, а также, возможно, выявить специфические химические и микроэлементные характеристики, в особенности осмиридий.