Стратиграфический и формационный анализы осадочных и осадочнометаморфических толщ
 Скачать 172.8 Kb.
|
|
Стадиальный анализ осадочных отложений Цель стадиального анализа — распознавание, объяснение и восстановление истории появления структурно–текстурных, минералогических, химических , физико–механических и других признаков породы, возникающих в ходе литогенеза.Задачи стадиального анализа:а) Выявление постседиментационных признаков.б) Отнесение этих признаков к стадиям диагенеза, катагенеза и метагенеза и выявление последовательности этих признаков в пределах стадий.в) Выявление генетических причин формирования литогенетических признаков.г) Восстановление первичных признаков осадка путём снятия литогенетических признаков.д) Восстановление постседиментационной (литогенетической) истории осадочного материала. Стадиальный анализ литогенеза — область литологии, посвященная изучению истории осадочного материала с момента отложения его на дне бассейна осадконакопления и вплоть до попадания в зону метаморфических преобразований или в зону разрушения (выветривания), — имеет большое научное и прикладное значение, прежде всего потому, что помогает реконструировать древние геологические обстановки. Реконструкция геологических характеристик осадочных толщ (химический состав осадков, пород, растворов и газов, физико-механические свойства осадков и пород, температура, давление) при стадиальном анализе основана на “снятии информации” с аутигенных минералов, новообразованных структур и текстур, которые образуют временную последовательность и являются определенными вехами в истории осадочной породы. “Историчность”, заложенная в самом существе стадиально-литогенетического анализа, делает его незаменимым методом воссоздания древних геологических обстановок, осуществляемого в рамках различных геологических дисциплин и направлений. Стадиальный анализ дает возможность правильного выполнения фациального анализа. При изучении минералогического состава пород, с помощью которого создается представление о фациальной обстановке накопления осадков, важно правильно определить набор постседиментационных минералов, которые образовались на стадиях литогенеза и принятие которых за седиментационные может привести к значительным ошибкам. Например, если не учесть, что гипс в песчанике постседиментационный, отложения могут быть отнесены к эвапоритовой фации. Если не обратить внимания на то, что угловатость песчаных зерен связана с их регенерацией, можно сделать заключение об их слабой окатанности. Обнаружение в породе выделений пирита еще не свидетельствует об образовании осадка в восстановительной обстановке застойного водоема. Такой вывод может быть сделан только в том случае, если доказано, что этот минерал образовался не в зоне катагенеза и не в восстановительной подзоне зоны диагенеза. В основе стадиального анализа лежит разделение минералов на седиментационные и постседиментационные, что необходимо для правильной диагностики фаций осадконакопления и чрезвычайно важно при решении задач исторической геологии (геохимии). Так, если стоит задача изучить эволюцию изотопного состава серы вод Мирового океана, необходимо иметь абсолютную уверенность, что анализируются образцы седиментационных сульфатных минералов. Постседиментационные сульфаты могут иметь изотопный состав серы, существенно отличный от состава седиментационных минералов даже в том случае, если эти два типа сульфатов генетически связаны с одним и тем же эвапоритовым бассейном. Стадиальный анализ позволяет оценивать генетический тип и химический состав подземных вод древних водоносных горизонтов и комплексов, т. е. может служить инструментом палеогидрогеологии и палеогидрогеохимии.Обнаружение катагенетических ангидрита или гипса в разрезе отложений фаций нормальной солености может указывать на былое присутствие здесь рассолов, насыщенных по сульфату кальция, а более детальное исследование этих минералов (например, содержания в них стронция и изотопов серы) может дать возможность оценить, какие это были рассолы: седиментогенные или десцендентные. Обнаружение вторичных минеральных продуктов, образованных с участием атмогенных подземных вод, позволит реконструировать условия распространения и развития пресноводных палеогоризонтов и палеокомплексов. Одним из важнейших элементов стадиального анализа является оценка древних пластовых температур, которая осуществляется в процессе исследования отражательной способности витринита, газово-жидких включений, структурно-текстурных и минералогических особенностей пород. Таким образом решаются задачи палеогеотермии. Обнаружение “бородатых” зерен кварца помогает выявить зоны стрессовых напряжений и тем самым составить суждение о развитии складчатых и разрывных дислокаций, т. е. решать задачи палеотектонического анализа. 4) Методы исследования осадочных пород. Изучение осадочных пород в полевых условиях Описание породы в полевых условиях обычно начинается с определения ее названия, затем последовательно характеризуются цвет и оттенки (желательно в сухом и влажном виде), плотность и крепость, излом, вещественный(минеральный) состав, структура (форма, размер и однородность размеров слагающих ее фрагментов -- кристаллов, скелетных остатков организмов и т.д.), текстура (характер взаимоотношения этих фрагментов), включения и видимые вторичные изменения. В полевых условиях обязательно указывается форма залегания -- пластовая, линзовидная и т.д., мощности пластов и их однородность, взаимоотношения с другими пластами и т.д. В керне скважин не все эти показатели удается установить. Строго говоря, такие показатели, как характер залегания и мощности, не являются характеристиками собственно породы, а отражают более высокий уровень организации вещества -- геологические тела, но они крайне важны для дальнейших выводов об условиях образования отложений, для оценки некоторых важных свойств. Полевое изучение в основном основывается на визуальном осмотре и описании внешних признаков породы с весьма ограниченным привлечением технических средств, причем очень примитивных. К ним относится использование лупы, воды для определения смачиваемости, кислоты для оценки степени карбонатности, ножа и молотка для определения твердости и прочности и т.д. Особое внимание в полевых условиях должно уделяться изучению и описанию текстур и включений, ибо эти наиболее «крупноразмерные» свойства часто можно установить именно в обнажении, в то время как в относительно небольшие образцы они просто не попадают или в них не проявляются. Общая схема лабораторных исследований осадочных горных пород Исследование пород в камеральный период в лабораториях начинается также с макроскопического описания образца породы и во многом следует схеме полевого изучения, после чего порода поступает на те или иные анализы или серию анализов. Это предварительное изучение позволяет выработать программу дальнейших исследований, выбрать рациональный набор анализов. Гранулометрический анализ. Гранулометрический, или механический, анализ применяется для изучения обломочных горных пород -- псефитов, псаммитов, алевритов, глин, а также терригенной части хемогенных и органогенных пород. Он заключается в разделении обломочной части породы или ее нерастворимого осадка на отдельные фракции по размеру зерен и определении количественного содержания этих фракций в породе (осадке). Этот анализ является одним из важнейших при изучении обломочных компонентов горных пород, а поскольку именно эти компоненты составляют основу обломочных пород, то анализ является также одним из ведущих при исследованиях именно обломочных пород. Ситовой и гидравлический - методы гранулометрического анализа. Для разных пород применяются различные методы гранулометрического анализа. Разделение на фракции грубообломочных пород -- галечников, конгломератов, брекчий и т.д., если они достаточно рыхлые -- производят с помощью разнообразных грохотов. При анализе гравийных и песчаных пород, а иногда и крупнозернистых алевритов, используется разделение на ситах; алевриты делятся обычно гидравлическими методами; специальные гидравлические методы используются при анализе глин. Все эти методы применимы только к осадкам и рыхлым породам или породам, которые тем или иным образом можно дезинтегрировать, т.е. разделить на отдельные слагающие породу обломки, причем без разрушения формы и размера самих обломков. Выполнение гранулометрического анализа лабораторными методами анализа требует определенного лабораторного оборудования, реактивов и в самом общем виде состоит из двухпоследовательных операций -- дезинтегрирования сцементированной породы (для рыхлых пород отсутствует) и разделения нерастворимого обломочного материала на фракции. Минералогический анализ обломочных зерен. Минеральный состав зерен, слагающих обломочные породы и являющихся примесями в других породах, кроме изучения в стандартных шлифах, исследуют и непосредственно в зернах. Для этого используют фракции, полученные в результате гранулометрического анализа или в виде нерастворимого остатка других пород -- карбонатных, реже солевых и т.д. Перед минералогическим анализом зерна исследуемой фракции обычно делят на две части, условно называемые легкой и тяжелой фракциями. Разделенные таким образом фракции промывают, высушивают и исследуют под микроскопом в постоянных или временных препаратах. Химический анализ. Задачей химического анализа пород является определение состава основных слагающих ее элементов, чаще выражаемых в виде оксидов. Полный, или силикатный, анализ, когда определяется практически весь набор породообразующих элементов, из-за своей сложности и относительно высокой стоимости используется достаточно редко. Значительно более широко проводится карбонатный шестикомпонентный анализ с определением нерастворимого остатка (Н.О.), полуторных оксидов (R2O3 -- сумма Fe2O3, Al2O3 и др.), CaO, MgO, SO4 и CO2. Знание химического состава необходимо при использовании осадочных пород как полезных ископаемых. При петрографических исследованиях совершенно необходимо пересчет результатов химического анализа на минералы проверить независимыми методами. Дело в том, что одинаковый набор элементов (оксидов) может дать разные минералы. Электронная микроскопия. Для изучения тонкодисперсных пород, и прежде всего глинистых, а также некоторых других используются электронные микроскопы, увеличение которых достигает миллиона раз. В электронных микроскопах просвечивающего типа на экране видны контуры изучаемых частиц, что позволяет определять их размер и форму, а по ним иногда и минеральный состав. Большим достоинством этого метода является возможность широко менять масштаб изображения за счет изменения увеличения от нескольких десятков до полутора сотен тысяч раз. Благодаря этому можно изучать не только очень тонкодисперсные глинистые минералы, но и морфологию более крупных кристаллов, остатков раковин, характер поверхности аморфных выделений, структуру порового пространства, характер его заполнения и т.п. Рентгеноструктурный анализ Методы рентгеноструктурного анализа основаны на явлении дифракции рентгеновских лучей от плоскостей кристаллической решетки. Поскольку кристаллическая решетка разных минералов различна, по характеру дифрактограмм возможно определить ее структуру, а следовательно, и сам минерал. Наибольшее распространение эти методы получили при изучении тонкодисперсных глинистых пород и частично карбонатных. Именно эти методы позволили установить и описать две разновидности кальцита -- обычный стабильный низкомагнезиальный и метастабильный высокомагнезиальный. Термические методы анализа. При последовательном нагревании минералов с ними происходят различные изменения: как их физического состояния (плавление, испарение), так и, что более важно, химического состава. Последние, по сути дела, ведут к фазовым превращениям -- потере воды, вначале кристаллизационной, затем конституционной, разложению на определенные компоненты и т.д. Все эти превращения сопровождаются либо выделением тепла (экзотермические реакции), либо его поглощением (эндотермические реакции), причем эти фазовые переходы и связанные с ними скачки температуры специфичны для каждого минерала. Такие термические эффекты фиксируют на термограммах в координатах «температура -- время» либо в виде дифференциальной кривой в координатах «разность температур изучаемого вещества и эталона -- температура среды (или время)». При этом в качестве эталона подбирается вещество, которое нагревается постепенно без изменения, т.е. без появления каких-либо термических эффектов. Спектральный и изотопный анализы. При очень высокой температуре вещество испаряется, слагающие его отдельные атомы за счет этой энергии возбуждаются и излучают специфические для каждого элемента спектры. Изучение этих спектров и сравнение их с эталонами позволяет определять набор элементов и их концентрации. Спектральный анализ относительно дешев, обладает высокой производительностью, что позволяет устанавливать наличие и содержание нескольких десятков элементов, используя очень небольшое количество вещества. Изучение осадочных пород в шлифах под микроскопом Микроскопическое исследование пород в шлифах является наиболее распространенным и универсальным методом изучения осадочных горных пород. Изучение шлифов осадочной породы позволяет определять и описывать два важнейших показателя -- минеральный состав породы и ее структуру, а иногда и текстуру. Каждая порода требует и своего своеобразного изучения и описания, которые будут рассмотрены при характеристике конкретных пород. В общем виде, структурно, т.е. по своему строению, каждая осадочная порода состоит из двух составных частей -- форменных элементов и связующей их массы. Каждая из структурных частей имеет свое происхождение. Так, форменные элементы могут быть обломочными (зерна кварца, полевых шпатов, вулканогенный материал), органогенными (скелетные остатки организмов и их обломки) или биохемогенными (оолиты и т.д.). Связующая масса часто имеет хемогенное происхождение, однако может быть и аллотигенной, таковы, например, в массе своей глинистые цементы обломочных пород. Задача описания осадочной горной породы и состоит в характеристике ее основных составных -- структурных и генетических -- частей и их взаимоотношений друг с другом. 5) Палеогеографические и фациальные карты В итоге фациальных и палеогеографических исследований, заключающихся в восстановлении палеогеографических обстановок, составляются фациальные и палеогеографические карты. Они не только иллюстрируют результаты работ, но и помогают понять происхождение ландшафтно-климатических единиц и оценить перспективность территорий на тот или иной вид полезного ископаемого. Палеогеографические карты являются составной частью геолого-поисковых и геолого-оценочных работ и одновременно служат основным документом при обосновании прогноза и характеристики перспективности территорий на те или иные виды полезных ископаемых. Палеогеографическая карта отличается от географической тем, что последняя составлена на конкретный момент, а на первой отражена в обобщенном виде география земной поверхности, существовавшая на протяжении нескольких миллионов лет. За это время неоднократно сменялись и перемещались не только фации, но и комплексы фаций. При построении таких карт одной из важнейших задач является как можно более точная синхронизация отложений различного генезиса, поэтому карты составляются на детальной стратиграфической основе. Для создания карт требуется сеть хорошо изученных разрезов, по которым проведен комплексный фациальный анализ. Для построения фациальной карты сначала составляется карта фактического материала, на котором основано изучение фациальных обстановок. Иногда практикуется нанесение фактического материала на карту фаций. Кроме значков, показывающих элементы древнего ландшафта, на карту наносят колонки буровых скважин с литологическими обозначениями, места находок фауны и флоры. На карту фактического материала наносится также результаты замеров падений косой слоистости, ориентировки галек, характерные минералы. Всё это помогает при генетическом истолковании наблюдений. После этого составляются литогенетические колонки, отличающиеся от стратиграфических тем, что на первых с помощью условных знаков изображены обстановки накопления осадков. Кроме того, на литогенетических колонках можно показать любые литологические признаки – типы слоистости, состав пород, морфологию конкреций и т. д. Следующий этап – составление фациальных профилей. Их назначение – показать изменения изучаемых отложений в определённых направлениях в пространстве и времени. Техника составления профилей такая же, как и для обычных разрезов. Фациальными называются такие карты, на которых показаны взаимные переходы одновозрастных отложений и генетическое истолкование этих переходов. Следовательно, эти карты отражают литологический состав пород, а, кроме того, содержат и определённые генетические сведения, которые могут служить основой для построения палеогеографических карт. Их масштаб определяется детальностью фактического материала. Чем его больше, тем крупнее может быть масштаб. На фациальную карту обычно наносятся мощности показываемых отложений в виде изопахит. Их анализ позволяет восстановить характер вертикальных колебательных движений рассматриваемой территории. Палеогеографические карты отличаются от фациальных карт тем, что показывают распространение физико-географических обстановок для данного отрезка времени в геологическом прошлом. Поэтому нанесение типов пород на карту не обязательно. На ней можно показывать физико-географические условия не только для той территории, по которой имеется непосредственный материал, но и осуществлять экстраполяцию на те площади, по которым материала нет. Это делается с использованием закономерностей распределения пород в результате проведенных работ. На палеогеографических картах можно отобразить ландшафты суши. Обычно палеогеографические карты составляют на основе фациальных карт, которые могут дополняться специальными картами различного назначения – палеогеоморфологическими, отражающими особенности древнего рельефа, палеотектоническими, ландшафтно-климатиче-скими, палеовулканическими, палеоэкологическими и другими, несущими необходимую дополнительную информацию. Часто, как конечный результат палеогеографических исследований, составляют совмещенные карты фаций и палеогеографии, называя их литолого-палеогеографическими. На них, прежде всего, выделяют области суши и моря. Реконструкцию древних морей начинают с восстановления береговой линии – её положения, конфигурации. Если возможно, определяют переходную зону от суши к морю, в пределах которой в течение рассматриваемого этапа находилась береговая линия. Затем устанавливают глубину палеобассейна и рельеф дна, обычно выделяя геоморфологические элементы (шельф, континентальный склон) или биономические области (литораль, сублитораль), восстанавливают соленость и температуру воды, газовый режим бассейна, его гидродинамику (зоны волнений, течений, в том числе приливно-отливные). Реконструкция древней суши складывается из установления областей размыва и аккумуляции осадков, выделения элементов рельефа, аккумуляционных и денудационных равнин, долин древних палеорек, направлений сноса обломочного материала. Палеогеография имеет важное теоретическое и практическое значение. Без её восстановления не может быть и речи об истории геологического развития Земли. Образование многих осадочных полезных ископаемых (нефть, газ, железные руды, фосфориты и др.), а также вторичные их изменения, связаны с древними палеогеографическими обстановками. Более того, нередко эндогенные руды связаны с определёнными палеогеографическими обстановками (вулканы). Поэтому знание палеогеографии позволяет прогнозировать поиски полезных ископаемых, а фациальные карты являются основой для составления прогнозных построений. |