Лититовые песчаники и субграувакки
Определения. Песчаники, в которых количество обломков пород превышает количество обломочных полевых шпатов, называются лититовыми песчаниками, лититовыми аренитами или литаренитами аналогично тому, как туфы, содержащие многочисленные обломки пород, называются литокластическими туфами. Содержание обломков пород в песчаниках колеблется в широких пределах. Песчаники, содержащие 25% и более, могут быть названы собственно лититовыми песчаниками. Песчаники, содержащие 10—25%, образуют промежуточный класс, который именуется сублитаренитами или протокварцитами (термин предложен Крыниным).
Крынин применял термин граувакка как к классического типа грауваккам гор Гарца, так и к лититовым песчаникам. Фактически термин в его первоначальном определении Крыниным мог быть отнесен только к лититовому песчанику; позднее, в 1945 г., Крынин модернизировал термин и выделил два типа граувакк: высокого ранга (с полевыми шпатами) и низкого ранга (с малым количеством полевых шпатов или без них). В этом определении граувакка низкого ранга соответствует лититовому песчанику. Такое толкование термина на время принял Фолк, но в настоящее время он отказался от него и применил к этому классу пород термин литаренит.
Термин субграувакка первоначально использовался для обозначения пород, промежуточных между кварцевыми аренитами и граувакками. По первому определению, порода должна была содержать менее 10% полевых шпатов и более 20% матрикса. В новом определении это песчаник, содержащий менее 15% матрикса, но 25% нестойких зерен, среди которых обломки пород преобладают над полевыми шпатами. В этом определении порода, по существу, является лититовым аренитом. Субграувакка (и лититовый аренит в целом) внешне похожа на граувакку, особенно по цвету и содержанию обломков пород.
Общее описание и разновидности. Лититовые арениты обычно представляют собой светло-серые, цвета «соли с перцем» песчаники со значительным содержанием обломков пород, особенно осадочных и слабометаморфизованных (рис. 7-11). Зерна кварца от угловатоокатанных до окатанных; очень многочисленны чешуйки слюды, тогда как полевые шпаты редки или отсутствуют. Песок в целом характеризуется средней степенью сортированности, он скрепляется химически осажденным цементом, в большинстве случаев представленным кварцем или кальцитом. Обломочный матрикс обычно отсутствует, хотя его место может занимать псевдоматрикс, образованный раздробленными частицами глинистых сланцев или аутигенно осажденной глиной (рис. 7-12).
Обломкй пород в лититовых аренитах не только многочисленны, но и весьма разнообразны. Некоторые лититовые арениты могут содержать более десятка разновидностей. В одних наблюдается множество обломков вулканических пород, в других преобладают обломки слабометаморфизованных и осадочных пород. Песчаники, обогащенные обломками вулканических пород, представляют собой вулканомиктовые или вулканокластовые арениты; их не следует смешивать с пирокластическими аренитами, которые образовались непосредственно при вулканических извержениях. В целом в породе более заметны обломки кислых вулканических пород, обломки основных магматических пород бывают нередко настолько изменены, что переходят в матрикс. Большинство лититовых аренитов содержит значительное количество слабометаморфизованных пелитовых пород, в частности аспидных сланцев, филлитов, серицитовых кристаллических сланцев. Последние были названы сланцевыми аренитами. Применяется также термин филларениты, по-видимому, из-за обилия в песчаниках слюды, содержащейся как в обломках пород, так и в виде фрагментов чешуек в самих песках. Многие лититовые пески обогащены также обломками пород осадочного происхождения. Специального рассмотрения заслуживают две разновидности. Одна из них — кремневый аренит (см. рис. 7-11). Кремни составляют, например, от 20 до 90% песчаника Кат-Банк мелового возраста в штате Монтана. Описаны также исключительно богатые кремнем юрские пески в Монтане. Следует, однако, различать обломочный кремень и частицы раскристаллизованной риолитовой породы, что не всегда является легкой задачей. Богатые кремнем пески, вероятно, указывают на локальное происхождение при разрушении кремнистых известняков в условиях влажного климата либо стратиформных отложений кремня.
В некоторых лититовых аренитах встречаются карбонатные обломочные частицы. Песчаники этого типа названы кальклититами, в отличие от калькаренитов, понятия, обычно обозначающего карбонатные пески, зерна которых представлены обломками фауны, оолитами и другими образованиями, сформировавшимися внутри бассейна осадконакопления (рис. 7-13). Обломочные карбонатные пески терригенного происхождения распространены сейчас широко, но в древних геологических разрезах относительно редки. Многочисленные обломочные доломиты встречены в меловых песчаниках в Западном внутреннем бассейне США. Обломочными зернами доломитов и известняков насыщены некоторые молассовые песчаники северных Альп. Пример приведен на рис. 7-14. Поскольку разрушение большинства известняковых толщ обычно происходит путем их растворения и единственными остаточными продуктами являются глины и кремни, кальклититам для их образования требуются быстрая эрозия и высокий рельеф. В то же время кремневые арениты указывают на низкий рельеф и вынос известняка в растворенном виде. Кальклитит представляет собой песчаной размерности аналог карбонатного галечника и конгломерата. Кроме кремня и микритового известняка или доломита, лититовые арениты содержат частицы тонкозернистых пелитовых пород, таких как глинистые сланцы, аргиллиты, алевролиты. Ввиду того что их зерна не обладают достаточной твердостью, их присутствие свидетельствует о транспортировке материала на короткое расстояние или даже о внутриформационном происхождении. Более того, подвергаясь деформации, связанной с геостатическим давлением, зерна глинистых пород (особенно глинистых сланцев) раздавливаются и выжимаются в поровое пространство так, что они напоминают выполнение пор матриксом. В этом случае их трудно определить как обломки пород. Настоящий матрикс заполняет все поры, тогда как описанный псевдоматрикс — лишь часть их; остальные поры заполнены осажденным минеральным цементом. Кроме того, поскольку частицы пород не являются одинаковыми, предполагаемое выполнение разных пор будет различным.
Учитывая вышеизложенное, можно сказать, что лититовые арениты представляют собой группу разнообразных песков, характеризующихся значительными колебаниями состава. Это находит отражение как в мoдальных анализах (табл. 7-6), так и в валовом химическом составе (табл. 7-7). Модальный анализ не дает возможности воссоздать полную картину, если только не удастся выделить в категории «обломки пород» составляющие их виды. Распознавание видов пород в очень мелких обломках — дело достаточно сложное и требует большого опыта. Особенности структуры пород в крупных зернах сохраняются лучше, но их можно видеть и в мелкозернистой породе, и даже в тонкозернистой. Очевидно, основной составной частью лититовых аренитов является кварц. Он может быть вулканического происхождения, как это наблюдается в вулканомиктовых песках. В филларенитах, по-видимому, кварц осадочного происхождения, образовавшийся из песчаных осадков, связанных с обломками осадочных пород. В этом случае в нем может наблюдаться унаследованная от предшествующих циклов окатанность и даже стертые оболочки вторичного кварца. Кварц подлинных филларенитов, характеризующихся обломками слабо метаморфизованных пород, бывает заметно волнистым и поликристаллическим значительно чаще, чем кварц вулканомиктовых или обычных осадочных аренитов. Эти арениты содержат также большое количество обломочной слюды (чешуйки ее залегают параллельно напластованию), которая во многих случаях, скапливаясь на определенных плоскостях напластования, образует блестящую поверхность. Чешуйки слюды часто несут следы искривления и деформаций, вызванных уплотнением песка.
Лититовые арениты обычно сцементированы кальцитом (это относится к аренитам мезозойского и кайнозойского возраста) или кварцем. Матрикса практически нет, хотя в некоторых аренитах присутствует псевдоматрикс, образовавшийся при раздавливании частиц глинистых сланцев. Часть лититовых аренитов содержит новообразованные глинистые минералы или даже цеолиты.
Химический состав этих пород отражает разнообразие состава как каркаса, так и цемента выполнения. Надлежащее истолкование данных химического анализа возможно только при учете минерального состава. Так, высокое содержание СО2 и CaO может означать наличие в породе и кальцитового цемента, и обломков раковин, и обломочных частиц известняка. Повышенное содержание SiO2 может указывать на большое количество обломочного кварца или обломочного кремня, на присутствие кремнистого цемента или на все три фактора вместе. В отличие от граувакк, большинство лититовых аренитов характеризуется низким содержанием Na2O и MgO и высоким — К2О. Правда, есть исключения: обломочные доломиты обогащены MgO.
Распространение и значение. Лититовые песчаники, возможно, являются наиболее распространенными из всех песчаников. Многие (если не большинство) палеозойские песчаники Центральных Аппалачей представлены лититовыми песчаниками. Ими же сложены ордовикская формация Осуиго (рис. 7-15), девонский песчаник Брадфорд-Ш, описанный в классической работе Крынина, миссисипские формации Поконо и Мок-Чанк, пенсильванская формация Потсвилл. Эти песчаники богаты кварцем и бедны полевыми шпатами; они сцементированы кварцем и содержат большое количество обломков пород, слабо метаморфизованных или осадочных по происхождению.
К лититовым аренитам относятся многие юрские и меловые песчаники Скалистых гор. Это богатые кремнем арениты Монтаны и Альберты. Лититовыми аренитами представлена также меловая формация Чико в Калифорнии.
Большинство третичных песчаников Молассового бассейна юга ФРГ и Швейцарии является лититовыми аренитами (см. рис. 7-14), многие из них содержат обломочные зерна микритовых карбонатов. He все лититовые арениты связаны своим происхождением с орогеническими поясами. Многие третичные пески побережья Мексиканского залива представлены лититовыми аренитами. Хорошо известны олигоценовая формация «Фрио», миоценовые песчаники Оквилл и формация Уилкокс.
Весьма распространенными являются протокварциты или сублитарениты. Примерами могут служить некоторые кварциты Тускарора (силур) Центральных Аппалачей, пенсильванские песчаники Анвил-Рок в Иллинойсском бассейне.
Вероятно, большинство песков современных крупных рек являются лититовыми. Так, средняя проба из 187 образцов песков р. Огайо содержит 62% кварца, 31% обломков пород и 6% полевых шпатов. Это — типичный лититовый аренит.
Весьма многочисленны древние лититовые арениты; они, возможно, являются наиболее распространенным типом песчаников. На основе изучения средней пробы по 121 образцу песчаников различного возраста и условий залегания Петтиджон подсчитал, что лититовые арениты охватывают 26% всех песков, тогда как аркозы составляют только 15%. Лититовые арениты типичны для разрезов меловых и третичных отложений. Из 718 образцов меловых, палеоценовых и эоценовых песчаников Западной Венесуэлы 400, или около 56%, оказались лититовыми или сублититовыми. Только 79, или 11%, были аркозами или субаркозами. Лититовые арениты в какой-то степени играют ту же роль, что и граувакки в разрезах древнего флиша, однако они распространены как в пределах геосинклиналей, так и вне их. Типичный молассовый песчаник, вероятно, является лититовым аренитом.
Лититовые арениты представляют собой незрелые пески, в которых большая часть обломков пород механически или химически неустойчива. А вот какая часть песка образовалась за счет тонкозернистых пород, точно не известно. При дезинтеграции грубозернистых пород без их химического разложения образуется песок, но можно ожидать, что тонкозернистые породы при разрушении будут поставлять частицы алевритовой размерности. Механически непрочные компоненты пород, по-видимому, легко разрушаются на участках с интенсивной абразией, например, в волноприбойной зоне. Химически неустойчивые частицы пород разрушаются в процессе диагенеза с образованием вещества матрикса. Возможно, лититовые арениты являлись предшественниками граувакк в древних геологических разрезах. Для образования аркозов требуется ограниченная область питания, по-видимому, в пределах небольшого водосборного бассейна. Формирование лититовых аренитов в целом связано с более обширной областью питания, с более крупным водосборным бассейном, который может быть сложен разнообразными по литологии породами. Поэтому лититовые арениты могут формировать аллювиальные и дельтовые отложения крупных рек; наиболее характерны они для миогеосинклиналей, хотя и не ограничиваются ими.