Химический состав песчаников

Состав песчаника можно выразить через его валовой химический состав. Анализ валового химического состава очень полезен. Пески (как и другие осадки) являются в известном смысле продуктом происходящих в широком масштабе процессов химической и механической дифференциации, которые, несмотря на некоторое несовершенство, часто приводят к удивительно хорошим результатам. Эти процессы, при условии их достаточной продолжительности, разделяют элементы на более или менее химически однородные конечные продукты. Для того чтобы полностью понять геохимические процессы и эволюцию различных типов осадков или дифференциатов, требуются химические анализы. Эти данные обеспечивают нормативный состав или «репер» для изучения высокометаморфизованных продуктов, для изучения привноса и выноса, если процессы не изохимичны, а также для установления происхождения конечных продуктов, когда первоначальные осадочные структуры и текстуры уже неопределимы. Анализы полезны также в случае тонкозернистых песков или песков с тонкозернистым цементом, модальный анализ которых произвести трудно. Химические данные особенно усредненные, нужны для исследования баланса массы и движения вещества в процессе общей эволюции Земли.

Результаты анализа химического состава песка (как и большинства других пород) обычно выражаются в окислах. Содержание самого кислорода фактически не определяется, так что практика выражения состава через окислы основывается на допущении, что определяемые элементы соединяются с кислородом в стехиометрическом соотношении (допущение не всегда верное) Например, если присутствуют сульфиды железа, очевидно, будет неправильным показывать железо в виде FeO и серу — как SO3. К счастью, в большинстве осадков сульфиды довольно редки и подобные исключения не имеют большого значения.

Химические анализы в отношении надежности и полноты сильно варьируют Для оценки и применения анализов требуются здравый смысл и хотя бы минимальные сведения о том, как они производятся, Вашингтон провел исключительное исследование по вопросу полноты химических анализов, а также методов их оценки. Многие анализы характеризуются отсутствием полноты, вследствие чего даже содержание основных компонентов нельзя определить раздельно. Некоторые аналитики, например, говорят о «потерях при прокаливании». Это может касаться свободной и связанной воды, углекислого газа, сульфидной серы и углерода или органического вещества. Можно пропустить наличие такого важного компонента, как титан. Будучи не определенным, он входит в одну группу с алюминием (Al2O3), вследствие чего сильно завышается цифра содержания последнего. Во многих осадках не определяются раздельно щелочные металлы Na2O и K2O. Обычно пропускаются менее распространенные компоненты, такие как MnO P2O5, BaO, SO3 и даже CO2 Такие неполные анализы безусловно затрудняют исследование осадков.

Окислы, которыми оперируют при анализах, обычно не присутствуют как таковые; они соединяются с другими окислами, образуя минералы. Следовательно, химический анализ песка даст надлежащие результаты, только если что-то известно о его минеральном составе. Следует также напомнить, что при валовом химическом анализе песчаника не устанавливается различий между компонентами каркаса и цемента. По этой причине анализы песчаников нельзя сравнивать с анализами современных песков Следует помнить и о другой особенности: минеральный, а следовательно, и химический состав кластических осадков зависит от их размерности. Постепенное уменьшение размера зерен приводит к уменьшению содержания кварца и соответствующему увеличению содержания глинистых минералов. Это означает уменьшение содержания SiO2 и повышение Al2O3 и К2О.

В отличие от изверженных пород, минералы песчаников не образуют равновесных ассоциаций и поэтому невозможно подсчитать «нормативный» состав по валовому химическому анализу, как это делается при анализе изверженных пород.

В табл. 7-3 приведены вариации среднего химического состава обычных терригенных песков. В таблице содержится «средняя изверженная порода», так что можно видеть пределы фракционирования песков. Ясно, что кварцевые арениты (ортокварциты) дифференцированы в наибольшей степени, они обогащены кремнеземом и существенно обеднены другими компонентами. Менее зрелые пески могут содержать неразрушенные полевые шпаты и другие минералы. Очевидно поэтому песчаники в зависимости от степени зрелости могут обладать разнообразным химическим составом. Более того, пески демонстрируют большее разнообразие состава, чем глины. Это объясняется тем, что пески являются грубозернистым неизмененным остатком исходных пород, тогда как глины представляют собой тонкозернистый конечный продукт при процессах разрушения. Ho если первичная химическая природа песка определяется полнотой сформировавшего его процесса выветривания и обусловлена степенью механической дифференциации (промывания), сопровождавшей транспортировку и осадконакопление, то конечный состав песка изменился вследствие различных диагенетических процессов, а именно из-за осаждения порового цемента.

Химическая характеристика всех основных классов песчаников и их анализы приводятся в различных частях данной главы.

В заключение отметим, что валовой химический состав песчаника зависит от цементации. Состав отдельных видов или классов песчаников, кроме того, контролируется особенностями, присущими каждому классу.