Современные пески

Наши представления о песчаниках расширятся, если мы тщательно изучим современные пески, их образование и накопление.

Где может быть обнаружен песок в наше время? Если не принимать во внимание карбонатные и пирокластические пески, распространение песка связывается главным образом с реками и пляжами и, в меньшей степени, с дюнами и мелководными прибрежными акваториями. Аллювиальные пески представлены отложениями конусов выноса, русел рек и пойм, а также отложениями дельт при впадении рек в озера и моря. Большинство речных песков приурочено к руслам потоков, но часть из них выходит за пределы русел и формирует в пределах поймы паводковые отложения (пойменные песчаные наносы). Прибрежные пески включают не только пляжи, но и береговые бары, барьеры, приливно-отливные дельты, а в некоторых случаях — приливно-отливные отмели. В группу эоловых песков входят прибрежные дюны и обширные участки развития дюн в пределах некоторых пустынных бассейнов. Морские пески являются преимущественно шельфовыми, однако часть их переносится турбидитными потоками за пределы шельфа и накапливается у континентального подножья и в изолированных подводных впадинах.

В целом, на Земле нет геоморфологических регионов, где нельзя было бы обнаружить песок. Впрочем, глубоководные океанические впадины, являющиеся наиболее крупными геоморфологическими элементами планеты, почти лишены песка и содержат лишь принесенные и разбросанные ветром зерна, а также тонкие турбидитные пески вблизи материков. Другими словами, пески — континентальные осадки, они образуются на суше и большей частью здесь же остаются.

Примечательно, что зоны существенных песчаных скоплений современности имеют линейные очертания (береговые линии и реки), тогда как большинство древних песков образуют обширные стратиформные тела. Это различие между преимущественно линейным расположением участков накопления песков сегодня и обширными пластообразными скоплениями прошлого дает основание предположить, что последнее обусловлено перемещением зон накопления песков во времени, посредством латеральной миграции потоков или в результате трансгрессий и регрессий и соответственного перемещения береговой линии. Широкое распространение песков в пределах некоторых шельфовых участков представляет исключение из отмеченного правила. Однако эти пески могут быть реликтовыми, возможно, флювиальными отложениями, унаследованными от времени понижения уровня моря в ледниковые эпохи. Участки развития дюн в современной обстановке представлены шире, чем в прошлом, что, по-видимому, связано с недостаточно полной фиксацией их в геологической летописи. Ho если Кюнен прав, полагая, что окатанность кварцевых песчинок является результатом эоловых процессов, то большая часть песка горных пород должна была претерпеть воздействие эоловых процессов, хотя бы на отдельных этапах геологической истории. Кюнен подсчитал, что для поддержания среднепланетарной окатанности на постоянном уровне, т. е. для переработки новых угловатых зерен песка, добавляющихся ежегодно, необходимо существование пустыни площадью 2*10в6 км2.

He все обстановки накопления песков одинаково представлены в геологической летописи. Так, для палеозоя Центральных Аппалачей, где пески составляют 23% всего разреза, подсчитано, что половина или даже более песков представлена аллювиальными песками, около четверти — морскими турбидитами, а остальное — литоральными или мелководно-морскими песками. Эоловых песков не установлено.

Современные пески, за небольшим исключением, характеризуются средней или хорошей сортированностью и в целом (не считая песков, ведущих происхождение от древних сверхзрелых песков) довольно слабой окатанностью. Попытки установить связь между структурными особенностями песка и условиями и механизмами осадконакопления потребовали значительных усилий. Например, были проведены исследования по выявлению различий между песками морских пляжей, дюнными и речными песками по некоторым параметрам размерности зерен или соотношению таких параметров. Адден был одним из первых исследователей, применивших гранулометрию в общем виде или в виде отдельных ее аспектов, таких, как «коэффициент сортированности» для восстановления условий осадконакопления. Более поздние исследования были обобщены Петтиджоном, Поттером и Сивером. В общем, эти усилия ознаменовались частичным успехом. По-видимому, установленные факты свойственны пескам одних участков и полностью неприменимы к другим. В большинстве случаев результаты зависят от метода исследования, легко применимого, например, к современным несцементированным пескам и неприменимого к древним кварцитам.

Минералогический и химический состав современных песков изменяется в широких пределах. По-видимому, он скорее зависит от размера и литологических особенностей области питания, нежели от климата, условий и механизма осадконакопления. По составу большинство песков представляет собой смесь кварца, полевого шпата и обломков пород. Каковы их соотношения в современных песках? К сожалению, для ответа данных мало, так как большинство минералогических исследований современных песков игнорируют преобладающую фракцию легких минералов и концентрируют внимание на содержащихся в песке редких тяжелых минералах. Обобщение данных по более чем 400 образцам современных песков Северной Америки показало, что среднее содержание полевых шпатов равно 15,3%, то есть аналогично величине, полученной по 434 пробам песчаников Русской платформы. Содержание полевых шпатов колеблется от 1 до 77%. Речные пески содержат 22%, а пляжевые и дюнные — около 10%. Повышенная концентрация полевых шпатов в речных песках может быть обусловлена чрезмерно большой долей материала ледниковых наносов; низкое содержание полевых шпатов в пляжевых и дюнных песках, возможно, является результатом примешивания более зрелых песков Прибрежной равнины к пескам побережья Атлантического океана и Мексиканского залива, откуда отбирались образцы.

Данные по содержанию частиц пород бывают еще менее удовлетворительными, чем данные по полевым шпатам. Частицы пород широко представлены в современных песках, но их общее количество и тип редко являются характерными показателями. Более того, большинство обломков пород непрозрачные или пропускают свет только в тонком шлифе и поэтому не изучаются. Очевидно, необходимо цементировать современные пески in situ и изготавливать из них шлифы для изучения таким же способом, каким изучаются древние песчаники. Данные, которыми мы располагаем, свидетельствуют о том, что пески современных рек в изобилии содержат обломки пород. Например, пески реки Огайо содержат их в среднем 31%. Неполная сводка показывает среднее содержание обломков пород 20% для речных песков. В целом для рек приемлемой будет величина 20%, возможно, до 30%. Содержание обломков пород, в отличие от полевых шпатов, в значительной мере зависит от крупности зерен. Более грубые пески содержат заметно большее количество обломков пород по сравнению с ассоциирующими с ними тонкозернистыми песками.

Таким образом, в среднем речной песок содержит около 22% полевых шпатов, 20% обломков пород и 58% кварца. Как отмечено выше, аллювиальные пески образуют крупнейшую отдельную категорию, следовательно, в среднем современные пески являются незрелыми (или, по крайней мере, недозрелыми) как по составу, так и в структурном отношении.

Представительные модальные анализы современных песков даны в табл. 7-1.

Химический состав современных песков отражает, как и следовало ожидать, минеральный состав. Представительные анализы приведены в табл. 7-2. Из-за отсутствия цемента общий состав современных терригенных песков характеризуется несколько меньшим содержанием кремнезема, заметно меньшим содержанием CO2 и CaO по сравнению с их древними аналогами.

Какие выводы можно сделать из этого краткого обзора современных песков? Они отличаются от древних песков по ряду важных параметров. В отличие от граувакк геологического прошлого, они, по существу, лишены матрикса; это отличие дает основание полагать, что матрикс имеет диагенетическое или постседиментационное происхождение. Современные пески по составу обычно недозрелы или незрелы. Исключением служат пески, образующиеся непосредственно при разрушении древних сверхзрелых песчаников. Для древних пород обычно присутствие чистых кварцитов (ортокварцитов), которые, по-видимому, сейчас не образуются. Отмечено также, что скопления современных песков в большинстве своем характеризуются линейной конфигурацией; обширные покровные образования, присущие прошлым геологическим эпохам, в общем отсутствуют. Наконец, структура и состав современных песков слабо отражают условия осадконакопления, но взамен этого они более тесно связаны со структурой и составом исходных пород. Воздействие течений улучшает сортировку, но установление различий между дюнными, пляжевыми и речными песками на базе гранулометрии в лучшем случае неопределенно. Определяющим фактором состава современных песков является область питания.