Граувакки и родственные им породы » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Граувакки и родственные им породы

31.07.2021

Учитывая возможную связь между лититовыми песчаниками и граувакками, рассмотрим песчаники, к которым был применен термин граувакка. Сам термин породил много противоречий не только в отношении происхождения названных так пород, но и в понимании этого термина. Этим вопросам посвящено огромное количество работ. Хорошая обобщающая работа по проблемам номенклатуры была выполнена Доттом. Позже эти вопросы рассматривались Окадой и Петтиджоном с соавторами. Граувакка — это старый термин, который, очевидно, был впервые применен к песчаникам верхнедевонской — нижнекаменноугольной толщи гор Гарца. Эти породы подверглись новому тщательному изучению в последние годы. Их отличительными особенностями являются темно-серая окраска, заметная литифицированность, обилие полевых шпатов и обломков пород, отсутствие обычного порового цемента, вместо которого представлен матрикс, состоящий из тонких прорастающих кристаллов серицита и хлорита, смешанных с зернами кварца и полевых шпатов алевритовой размерности. Эти породы, в отличие от аркозой, заметно обогащены FeO, MgO и Na2O. Хотя при попытке точного определения граувакк возникли некоторые трудности, все же существует достаточно однородная группа пород, сходных по всем основным параметрам с классическими граувакками Гарца, которую по традиции называют граувакками. Присутствие темноцветного мелкозернистого матрикса является существенным признаком этих пород.

Как отмечено ранее, термин был использован и в более широком значении, с включением в эту группу пород, определяемых ныне как лититовые арениты. Хотя они внешне сходны с граувакками, но отличаются от них отсутствием матрикса, наличием пор и осажденного минерального цемента. От такого расширенного понимания термина граувакка в основном уже отказались.

Матрикс является основой проблемы граувакк как в части определения, так и при интерпретации. Каково же количество матрикса и каков верхний предел его размерности? По мнению Окады, процентное содержание матрикса, отделяющее вакки (важнейшим классом которых служат граувакки) от «чистых» песчаников, варьирует от 5 до 25%. Дотт и Гилберт принимают за рубеж 10%. Большинство исследователей (в том числе и автор этой работы) придерживаются величины 15%. Верхний предел размерности также колеблется. Окада отмечает, что большинство авторов принимают его равным 20 мкм. В данной работе, как и в более ранней, используется величина 30 мкм.

Строение и состав. В целом граувакки представляют собой темно-серые или черные крепкие породы, обычно без признаков внутренней слоистости или слоеватости; они часто, хотя и не всегда, характеризуются градационной слоистостью. В небольшом обнажении или образце их можно ошибочно принять за основную изверженную породу. Под микроскопом граувакка имеет вид микробрекчии, сложенной острыми, угловатыми и призмовидными зернами кварца, а также угловатыми зернами полевых шпатов и частицами пород, погруженными в пастообразную массу, которая в некоторых случаях по объему равна или превосходит суммарное количество крупных обломочных зерен (рис. 7-16). Эта пастообразная масса или матрикс представляет собой микрокристаллический агрегат кварца, полевого шпата, хлорита и серицита и местами замещается мозаичными карбонатами. При скрещенных николях различие между матриксом и тонкозернистыми частицами пород почти полностью исчезает, фактически их трудно отличить. С этим связано предположение, что объем матрикса в граувакках сильно завышают. В некоторых граувакках отмечается линейное залегание чешуек серицита и хлорита, которое предшествует сланцеватости. Ho в большинстве этих пород строение матрикса хаотичное.

Состав граувакк достаточно изменчив. Чаще всего основным компонентом является кварц. В составе большинства граувакк он формирует меньше половины песчаной фракции, во многих граувакках кварца содержится не более 1/4, иногда он составляет лишь 1/10 (табл. 7-8). Почти повсеместно зерна кварца сильно угловаты, обычно им свойственно четкое волнистое погасание. Как исключение, граувакки могут содержать вулканогенный кварц; при увеличении доли обломков вулканических пород, зональных кристаллов полевых шпатов и раздробленных эвгедральных кристаллов эти граувакки (рис. 7-17) незаметно переходят в отложившиеся под водой туфы и туфогенные песчаники. В граувакках обычно присутствуют полевые шпаты; в отдельных случаях их содержится столько же, сколько и кварца, или даже больше (рис. 7-18). Обычно они представлены плагиоклазами, часто натриевыми, близкими к альбиту. Этим объясняется высокое содержание Na2O при валовых химических анализах. Возможно, полевые шпаты когда-то содержали больше кальция; освободившийся при деанортитизации плагиоклаза кальций проявляется в породе в виде кальцитовых пятен замещения. Калиевые полевые шпаты во многих граувакках полностью отсутствуют, этот факт трудно объяснить. Это может быть связано с особенностями области питания, например, когда источники сноса представлены кварцевыми диоритами или натриевыми гранитами, а также может объясняться некоторыми диагенетическими или низкотемпературными метаморфическими изменениями.

Обломочная слюда, представленная и мусковитом, и биотитом (и хлоритизированным биотитом) — обычный, но не очень распространенный компонент.

Многочисленны и разнообразны обломки пород. Маттиат, например, выделил 19 различных типов пород в граувакках кульма гор Гарца. Они составляют в среднем 26% песчаной фракции. Среди обломков пород были установлены эффузивные породы как кислого, так и основного состава, несколько типов слабометаморфизованных пород (включая кварциты, слюдистые, серицитовые и хлоритовые сланцы) и немного обломков осадочных пород (включая несколько типов песчаников и аспидных сланцев).

Граувакки можно сгруппировать в два крупных класса: полевошпатовые граувакки и лититовые граувакки, характеризующиеся относительным преобладанием полевых шпатов или обломков пород. Как отмечено выше, граувакки переходят в вулканогенные граувакки, отмеченные присутствием вулканогенного кварца, зональных полевых шпатов, разрушенных фенокристаллов, а также увеличенным количеством обломков вулканогенных пород. Многие вулканогенные вакки характеризуются очень низким содержанием кварца (см. рис. 7-17). Эти породы постепенно переходят в туфы, отложившиеся под водой. К породам с исключительно высоким содержанием кварца применяется термин кварцевая вакка. Эти относительно редкие породы своим происхождением связаны с осадочными исходными породами.
Граувакки и родственные им породы

Граувакки, за небольшим исключением, характеризуются достаточно определенным валовым химическим составом (табл. 7-9). Как видно из этой таблицы, граувакки обогащены Аl2O3, FeO, MgO и Na2O. Высокое содержание Na2O отражает альбитовую природу полевых шпатов, высокое содержание MgO и FeO в этих породах обусловлено обогащенностью хлоритового матрикса железом. Граувакки отличаются от аркозов преобладанием Na2O над K2O, MgO над CaO и FeO над Fe2O3. По валовому химическому составу граувакки мало отличаются от гранодиоритов. Об исходных пород пески обычно отличаются увеличением доли SiO2 и уменьшением Al2O3, железа, щелочей и щелочных земель. Сходство химического состава граувакк и гранодиоритов указывает на сильное подавление процессов выветривания и сортировки. Современные пески реки Колумбия характеризуются очень близким к грауваккам валовым химическим составом. Их минеральный состав свидетельствует о смешанной, гранитно-вулканической области питания.

Проблема матрикса. Как заметил Камминс, матрикс является «сутью граувакковой проблемы». Матрикс интерпретировали по-разному. Поскольку он имеет общий состав с аспидным сланцем, его считали продуктом перекристаллизации первичнообломочного глинистого материала в условиях слабого метаморфизма. Если это так, то проблема заключается в том, чтобы объяснить одновременно отложение песка и глины. Обычно в водных потоках осадки сортируются, песчаная и глинистая фракции накапливаются отдельно. Даже в реках, переносящих преимущественно ил, отлагаются сравнительно «чистые» (без примеси глин) пески. Вудленд, один из первых исследователей этой проблемы, предполагал, что электролиты морской воды могут коагулировать глинистые частицы так, что они осаждаются вместе с песчаной фракцией. Однако современные прибрежные мелководноморские пески вряд ли могут свидетельствовать в пользу предположения Вудленда.

Матрикс граувакк также связывают со способом их переноса и отложения. Кюнен и Мильорини, например, отмечали, что «все исключительные и труднообъяснимые особенности типичных серий сортированных граувакк можно легко объяснить деятельностью мутьевых потоков высокой плотности». Такие потоки взвешенного тонкого глинистого материала способны переносить песок вниз по подводному склону в пределы глубоководных участков, где, в местах запруживания, отлагают совместно груз песка и тонкого глинистого материала, образуя сортированную граувакку с очень богатым глиной матриксом. Накопление таких песков в глубоководных морских впадинах могло бы объяснить, почему не удается обнаружить современных аналогов древ них граувакк. Однако таких отложений на глубоководных морских участках, по-видимому нет. Современные пески этих участков имеют предположительно турбидитное происхождение и характеризуются отсутствием матрикса. Теоретические соображения также дают основание считать, что в этих отложениях содержание глинистого матрикса не превышает 10%.

Еще одно объяснение происхождения матрикса связывает его с постседиментационной инфильтрацией глинистого материала, вызванной перемещением поровых вод из перекрывающих и подстилающих слоев.

В любом случае очевидно, что матрикс представляет собой перекристаллизованный материал и что некоторые его реакции с обломочным песком происходили давно. Первоначальные грани кварцевых зерен, созданные в водной среде, полностью исчезают, их место занимают своеобразные рогатки (shevaux-de-fris) зеленых кристаллов хлорита, вдающихся в светлые зерна кварца. Это явление впервые наблюдал Гринли, позднее оно было подтверждено другими исследователями. Ирвинг и Ван-Хайз рассматривали матрикс как продукт «... слюдистого изменения полевых шпатов». Позже Камминс относил все (или почти все) матриксы к продуктам диагенеза. Он отмечал, что большинство третичных и современных турбидитов не обладает таким обильным матриксом, какой встречается в сопоставимых палеозойских и более древних турбидитах. Последние предположительно подвергались глубокому погребению и начальному метаморфизму, который привел к изменению неустойчивых компонентов, главным образом неустойчивых обломков пород и полевых шпатов (рис. 7-19). В современных песках, химически сходных с граувакками, при температуре 250°С и давлении воды 100 МПа формируется матрикс и образуется синтетическая граувакка. Эти эксперименты, дополненные наблюдениями Бренчли, установившего, что матрикс некоторых ордовикских вулканогенных граувакк, обычно составляющий 40—60% всей породы, отсутствует там, где присутствует кальцитовый цемент, свидетельствуют о диагенетическом происхождении матрикса. Очевидно, раннее осаждение кальцитового цемента препятствовало образованию матрикса.

Можно сделать вывод, что образование матрикса происходит различными путями. Как отмечает Диккинсон, существуют протоматрикс, ортоматрикс, эпиматрикс и псевдоматрикс. Первый — это захваченная в поры обломочная глина, второй — перекристаллизованный материал, третий — продукт диагенетического изменения зерен песчаной размерности, а четвертый — образован в результате деформации и раздавливания мягких обломков глинистых пород. Хотя в породе возможен матрикс любого типа, однако в большинстве древних граувакк он представлен эпиматриксом, что связано с глубоким погружением пород и со слабым метаморфизмом или интенсивным диагенезом; все это вместе названо Кюненом грауваккизацией.

Проблема Na2O. Высокое содержание Na2O в граувакках объяснялось по-разному. По-видимому, оно обусловлено первично высоким содержанием его в альбитовых полевых шпатах. Например, в граувакке Таннер содержится 3,5% Na2O. Для этого количества требуется 30%) альбитового полевого шпата, эта оценка подтверждается наблюдаемым фактическим 30—40% содержанием полевых шпатов, 85—90% которых имеют состав Аn3-10.

Полевые шпаты являются обломочным компонентом. Однако неясно, имеет ли их альбитовая природа первичный характер или она определяется диагенетическими особенностями. Тесная ассоциация эвгеосинклинальных граувакк с зеленокаменными породами (спилитами) позволяет предполагать, что эта проблема связана с происхождением спилитов. Существуют также признаки постседиментационной альбитизации. Граувакки содержат неправильные включения кальцита, замещающего обломочные компоненты, а также жеоды и прожилки этого минерала. Возможно, CaO появляется в результате альбитизации. Ho если альбит является первичным компонентом, то почему ассоциирующиеся и переслаивающиеся с граувакками аспидные сланцы также не обогащены натрием? Так, пелитовые слои, переслаивающиеся с некоторыми мезозойскими граувакками Новой Зеландии, имеют нормальное отношение Na2O/К2O, при котором K2O значительно больше, чем Na2O. В то же время в сингенетичных граувакках преобладает обратное соотношение. С другой стороны, магматические породы многих эвгеосинклинальных поясов заметно обогащены Na2O, и некоторые ассоциирующие с ними пелитовые слои характеризуются повышенным содержанием Na2O. Как уже отмечено, отсутствие калиевых полевых шпатов является характерной особенностью граувакк. Оно объясняется постседиментационным растворением и удалением К2О.

В общем проблема Na остается нерешенной.

Распространение и геологическое значение. Большинство граувакк представлено в геологических разрезах преимущественно палеозойских и более древних пород, в основном они составляют часть флишеподобных толщ. Обычно они ассоциируют с зеленокаменными породами и являются характерными песчаниками эвгеосинклинальных складчатых поясов. Эвгеосинклинальные граувакки часто обогащены полевыми шпатами и имеют постепенный переход в вулканические вакки. Примерами докембрийских граувакк служат архейские толщи Канадского щита, Фенноскандии, древний докембрий Южной Африки. Широко известны палеозойские граувакки Уэльса, южных нагорий Шотландии, граувакки Гарца и Нового Южного Уэльса в Австралии. Подробно описаны мезозойские граувакки Новой Зеландии, францисканской формации в Калифорнии, граувакки Кускоквим (мел) на Аляске.

Граувакки встречаются также в геосинклинальных областях, где вулканизм не проявлялся или проявился очень слабо. Примерами таких граувакк в докембрии служат граувакки сланцев Томсон близ Дулута, штат Миннесота, песчаников Челмсфорд в районе Садбери, провинция Онтарио, Канада. Примерами палеозойских граувакк являются граувакки формации Мартинсберг (ордовик) в Центральных Аппалачах, граувакки сланцев Норманскилл (ордовик) в Нью-Йорке и формации Хеймонд (пенсильваний) в Техасе. Более молодые граувакки представлены меловыми граувакками Японии, а также большей частью песчаниками с градационной слоистостью Апеннин в Италии. Все эти граувакки из миогеосинклинальных областей характеризуются заметным преобладанием частиц пород над полевыми шпатами.

Граувакки (в принятом в данной работе определении) охватывают от 1/5 до 1/4 всех песчаников, они широко распространены в палеозойских и более древних орогенических поясах и отсутствуют в недислоцированных разрезах стабильных областей кратонов или щитов. Граувакки морского происхождения, как предполагается для приведенных выше примеров, представлены турбидитными песками флишевых фаций. Однако ни флишевые пески, ни турбидитные пески нельзя отождествлять с граувакками.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: