Гибридные сланцы
Необычные типы глинистых сланцев, описанные выше (красноцветные, черные, кремнистые и известковые), имеют специфические физические свойства, которые дают возможность полевым геологам узнавать их по виду или с помощью простой реакции с кислотой. Однако существуют некоторые глинистые сланцы довольно необычного состава, которые нельзя определить подобным образом и которые требуют для их опознания химических анализов. Эти сланцы богаты алюминием, железом, натрием или калием (см. табл. 8-11).
Глинистые сланцы с большим содержанием алюминия встречаются нечасто. Обычно в них наблюдается 15,4% Al2O3 (см. табл. 8-11,Е). В глинистых сланцах с большим содержанием алеврита Al2O3 будет меньше, тогда как в сланцах с повышенным содержанием глинистых минералов — больше. В отличие от остаточных глин, некоторые глинистые сланцы или аспидные сланцы редко содержат больше 20% глинозема (рис. 8-11). Более 22% глинозема содержат 5% всех сланцев: С другой стороны, в некоторых остаточных глинах очень много глинозема. Ho поскольку большинство глинистых сланцев представляет собой смесь остаточной глины и алеврита (главным образом кварца), содержание глинозема значительно снижается по сравнению с остаточным осадком. В мелкозернистых фракциях любого сланца остаточного материала и соответственно глинозема больше, чем в сланцах в целом. Каолинитовые глины и, следовательно, каолинитовые сланцы обычно имеют больше глинозема, чем трехэтажные разновидности глинистых минералов. Поэтому глинистые сланцы с высокой концентрацией алюминия или исключительно тонкозернистые, или каолинитовые. Как отмечалось, такие глинистые сланцы редки.
Глинистый сланец в среднем содержат около 6,47% окислов железа (4,02% Fe2O3 и 2,45% FeO); средний аспидный сланец позднего докембрия — 8,9%; средние палеозойские аспидные сланцы — 5,9%. В аспидных сланцах в отличие от глинистых закисное железо превалирует над окисным. Нормальные пелитовые осадки содержат 6—8% окиси железа. Из рис. 8-11 следует, что содержание окиси железа больше 12% отмечается редко, поэтому если содержание окислов железа превышает 15%, то порода называется железистым, глинистым или аспидным сланцем.
Подобные породы переходят в настоящие железняки — породы, содержащие около 15% железа (около 20% окислов железа). Высокое содержание железа в глинистых сланцах или аргиллитах указывает на присутствие в породе сернистого железа, карбоната железа, железистого силиката или окиси железа. Изучение данных анализов может раскрыть природу железосодержащих минералов (см. табл. 8-11,В). Эти глинистые сланцы очевидно представляют собой смешанные осадки, которые возникают в результате совместного накопления тонкого глинистого осадка и железосодержащих минералов.
Глинистый железняк — старый термин для обозначения плотных глинистых пород, богатых сидеритом (обычно сидерита больше, чем глинистого вещества). Он встречается в виде тонких пластов и желваков в угленосных отложениях США и Великобритании. Шамозитовые или хлоритовые аргиллиты — смеси шамозита и х-лорита и глины — довольно редкие породы; они обычно связаны с сидеритовыми аргиллитами и пластовыми сидеритами некоторых железорудных районов, таких как Кливленд в Великобритании и район округа Айрон в штате Мичиган в США.
Содержание калия в среднем глинистом сланце почти такие же, как и в средней изверженной породе. Однако из-за выветривания последних образуются обедненные калием остаточные глины. Очевидно калий, удаленный выветриванием, каким-то образом восстанавливается. Средняя глинистая порода, по Кларку, содержит 3,24% К2О. Средние аспидные сланцы позднего докембрия или палеозоя — около 3,6 % K2O. Как видно из рис. 8-12, содержание К2О от 2 до 5% является нормальным для большинства сланцев. Только один из 20 образцов сланца превышает эту норму. Такие сланцы называются калиевыми (см. табл. 8-11, В и Г).
Примером такого сланца является сланец Декора (ордовик) из Миннесоты, который некогда рассматривался как возможный источник получения калия. Этот сланец содержит почти 6% K2O, а без учета карбонатов около 8% К2О. Содержание калия в тонкозернистой фракции (менее 1/32 мм) в сланцах Гленвуд того же возраста составляет почти 11%. Калиевые сланцы известны также в Джорджии. Сланцы Картерсвилл (кембрий) содержат более 8% K2O. В прошлом их рассматривали как сырье для получения калия. По Грунеру и Тилю, калий в глинистых сланцах Миннесоты присутствует в виде ортоклаза, имеющего, согласно предположениям, аутигенное происхождение Этими выводами не объясняется высокое процентное содержание калия. Возможно, это связано с проблемой фельдшпатизации кембрийских песчаников, рассмотренной Бергом, который объяснял наличие полевого шпата в этих породах реакцией между глинистыми минералами и морской водой. Вайс объяснял высокое процентное содержание калия в нескольких сланцевых прослойках за счет «фельдшпатизации калиевого бентонита»
Натровыми сланцами называются такие сланцы, в которых содержание Na2O не только превышает 1,3%, (среднее для глинистого сланца), но также значительно превышает содержание K2O. Было давно замечено, что глинистые сланцы, аргиллиты и родственные породы обычно содержат малый процент Na2O и большой процент K2O. Эти соотношения хорошо прослеживаются на рис. 8-13.
На этом рисунке показаны несколько примеров натривых аргиллитов и аспидных сланцев с необычно высоким содержанием Na2O. (см. табл 8 11,Д). Натрий в гуронских аргиллитах, по всей вероятности, присутствует в виде альбитового полевого шпата. Для истолкования аномально высокого содержания натрия в породах были предложены различные объяснения. Если аргиллиты имеют ледниковое происхождение, как например гуронский, то ледниковый алеврит может быть натровым, если область питания изобилует натровыми породами. Это вроде бы похоже на рассматриваемый случай, но малое содержание извести в осадках противоречит данной гипотезе, потому что предполагаемая область питания сложена известняками. Поэтому возможно, что натрий привнесен в процессе альбитизации. Возможно также, что обогащенные натрием сланцы образовались в натриевых озерах. Несколько выше среднего содержание Na2O в пелитовых породах каролинского пояса аспидных сланцев объясняли включением значительного количества невыветрелого риолитово-дацитового пепла.