Аллохемы (элементы "каркаса") известняков

Для нормального песчаника каркасным элементом служит обломочный материал, вынесенный из области питания. Однако в карбонатных песках зерна образуются в результате химических или биохимических процессов, протекающих внутри бассейна осадконакопления. Они являются по происхождению внутри бассейновыми. Именно к этим зернам Фолк применил термин аллохемы. Они не являются обычными химическими осадками, как считают химики, а представляют собой совокупность зерен более сложного строения. Выделяется четыре основных типа аллохем: оолиты, скелетные образования и их обломки, интракласты и пеллеты. Установить различие между интракластами и пеллетамн непросто, Кроме того некоторые ископаемые остатки и даже оолиты могут быть настолько изменены (микритизированы), что и между двумя другими группами трудно провести различие. В этих неясных случаях применяется термин пелоиды.

Оолиты. Оолиты и проблема их образования достаточно детально рассмотрены ранее. Мы коснемся здесь только карбонатных ооидов, сложенных либо арагонитом, либо кальцитом. Понятно, что арагонитовые ооиды встречаются главным образом в современных осадках; в древних породах они превращаются в кальцит. Следует различать концентрические ооиды и более редко встречающиеся сферолиты, имеющие радиальную структуру. Некоторые ооиды характеризуются как радиальным, так и концентрическим строением. Сферолиты имеют только радиальный габитус. Ооиды могут переноситься, сферолиты образуются на месте и при плотной упаковке стремятся к образованию многогранных форм.

Окаменелости. Скелетный материал или ископаемые остатки чрезвычайно распространены и могут встречаться в рассеянном виде среди разнообразных известняков, а также в других осадочных породах. Они могут быть эолового происхождения или образовывать переносимые течением скопления, в которых они являются основным каркасообразующим элементом. Различные организмы имеют свою известковую скелетную текстуру, которая важна для установления различий между ними. Это различие легко устанавливается, если скелетный материал не разбит, и трудно, если он состоит из мелких осколков и кусков. Несколько последних публикаций посвящены задаче идентификации этого материала в шлифах. Попытка обобщения «петрологии» ископаемых остатков сделана ниже.

Отложения известковых водорослей представлены арагонитом или кальцитом. Обычно отложения рода Halimeda — арагонитовые, а рода Lithothamnium — кальцитовые. Кальцит обычно обогащен магнием. Водоросли составляют большую и главнейшую часть известковых карбонатов, слагающих современные рифы, а следовательно, и обломочного материала, связанного происхождением с этими рифами. Торп считает, что в современных рифах водоросли составляют от 20 до 50%, а идентичный водорослевый материал в детрите современных известьсодержащих осадков района Флориды—Багам составляет 20—25%. Водоросли — важная составляющая в древних отложениях известняков. Считают, однако, что некоторые водоросли не образуют карбонатных отложений, а являются материалом, на котором скапливаются мельчайшие карбонатные частицы. Таким образом, эти водоросли являются (для осадков) связующим материалом, а не осаждающим веществом. Считают, что многие из так называемых водорослевых строматолитовых текстур, обнаруженных в толщах пород от докембрийских до современных, были образованы синезелеными водорослями, выполняющими связующую функцию.

Водоросли, вырабатывающие известь, создают корковые или конкреционные наросты или образуют прямые или разветвляющиеся формы. Кальцификация их меняется от слабой до значительной. Прямые и членистые формы разрушаются до фрагментов, которые при переотложении могут сформировать каркас известковых песков. Микротекстура отлагающихся известковых водорослей несколько меняется от группы к группе. В одних случаях можно наблюдать слоистую прямоугольную микротекстуру, имеющую внешнее сходство со строением некоторых строматопороидов и кораллов. Однако ячеистая текстура имеет меньшую размерность, обычно меньше 0,1 мм. В других случаях наблюдается внутренняя тонкотрубчатая текстура. Трубки обычно меньше 0,1 мм в диаметре, могут быть переплетены, но обычно перпендикулярны стенкам обломка.

Хотя в осадках обнаружены как известковые, так и агглютинированные фораминиферы, в шлифах значительно чаще наблюдают известковые формы. Обычно они целые и многокамерные и поэтому легко определяются под микроскопом, хотя в некоторых случаях камеры разделены. Максимальный диаметр их, как правило, не превышает 1 мм. У одних родов раковины состоят из кальцита, у других из арагонита. В более древних породах арагонит замещен кальцитом. Фораминиферы являются важным породообразующим материалом и их ископаемые остатки могут слагать почти всю породу, как, например, в фузулиновых или нуммулитовых известняках.

Внутренняя часть фораминиферовой раковины может быть заполнена кристаллическим кальцитом, который в некоторых случаях образует радиальные волокна, перпендикулярные стенкам раковины, так что волокна образуют при скрещенных николях черный крест. Глауконит также отлагается внутри фораминиферовой раковины; при удалении раковины остается глауконитовый отпечаток или «слепок». По мнению ряда исследований, именно так образовались глауконитовые зерна многих осадков.

Составной частью некоторых осадков являются спикулы кремниевых губок. Наиболее обычны они в палеозойских и мезозойских кремнях, где они наблюдаются в виде светлых, тонких, изогнутых выделений халцедона. Они образуют многообразные лучевые формы, как с орнаментом, так и без орнамента и имеют длину от 1 мм до 1 см и более, в поперечном сечении обычно менее 1 мм. Некоторые губки имеют известковые спикулы, которые отлагались в виде единичных кристаллов высокомагнезиального кальцита.

Многие кораллы состоят из мелких волокон, расположенных перпендикулярно стенкам и септальным поверхностям, а в некоторых случаях — из гранул арагонита. Большинство палеозойских кораллов было кальцитовыми, кальцит встречается также в некоторых современных формах, особенно в тех, которые обитают на больших глубинах. Современные рифообразующие формы преимущественно арагоцитовые. Обычно арагонитовые формы в дальнейшем замещаются кальцитом с последующей потерей первоначальных деталей структуры.

Специфика твердых частей у иглокожих заключается в том, что каждая табличка или элемент скелета состоит из монокристалла кальцита. В наибольших из них можно четко наблюдать спайность кальцита невооруженным глазом. Соответственно известняк, состоящий из подобных остатков, имеет четко выраженное кристаллическое строение. Криноидные известняки обычно называют «кристаллическими известняками», или «энкринитами», а в строительстве «мрамором». В большинстве случаев чешуйки и таблички сцементированы чистым кальцитом, нарастающим в кристаллографическом и оптическом продолжении на криноидные обломки. Первичные обломки различаются по пелитизированным участкам округлой или эллипсоидальной (при наклонном сечении) формы, очерчивающим внутренние каналы. Первичные обломки рассечены трещинами спайности, которые прослеживаются и во вторичном цементе. Обломки и прилегающий цемент при скрещенных николях воспринимаются как единое целое (см. рис. 10-30). Обычно иглокожие быстро разрушаются, так что их можно наблюдать только в виде рассеянного детрита, форма которого весьма различна и зависит от первоначального роста или от плоскости сечения таблички. Кристаллографическое единство этих элементов является лучшим диагностическим признаком.

Мшанки типичны для многих известняков. Их камерная ячеистая структура (зооидные трубки) легко определяется под микроскопом, так как их ячейки значительно грубее, чем у известковых водорослей. Они могут быть как арагонитовыми, так и кальцитовыми и состоят из тангенциально ориентированных волокон. Отдельные ячейки могут быть заполнены чистым кальцитом или микритовым илом, либо тем и другим вместе.

Брахиоподы, за исключением фосфатных форм, главным образом кальцитовые. Их раковины состоят из пучков призм. При этом призмы каждого пучка параллельны и имеют четырехугольное поперечное сечение. Призмы не имеют прямого погасания. Пучки расположены наклонно к стенкам раковины, а соседние пучки расположены один над другим и местами сцепляются. Брахиоподы встречаются в виде неартикулированных створок, максимальные размеры которых от 1 до 10 см, или в виде обломков, или их внутренности иногда выполнены осадочным или кристаллическим кальцитом, для которых геопетальное строение не является необычным.

Раковины моллюсков главным образом арагонитовые и поэтому в более древних породах встречаются в виде кальцитовой мозаики. Однако отдельные исключения заслуживают внимания. Некоторые раковины пелеципод имеют внутренний слой арагонита, который с внешней стороны защищен кальцитом. У некоторых родов, особенно Ostrea, Pecten и Inoceramus, вся раковина состоит из кальцита, расположенного в два слоя. Внешний и основной слои имеют призматическую структуру, призмы которой, в отличие от призм брахиопод, перпендикулярны к поверхности раковины. Внутренний жемчужный слой имеет тонкопластинчатое строение.

Многие гастроподы также имеют арагонитовую раковину, но немногие ныне живущие разновидности имеют двуслойную структуру, состоящую из внутреннего арагонитового слоя, закрытого внешним слоем кальцита. Раковины цефалопод арагонитовые, хотя аптих некоторых аммонитов выполнен, кальцитом. Ростр белемнитов кальцитовый с кальцитовыми волокнами, радиально расположенными вокруг оси.

Из членистоногих, по-видимому, только обломки трилобитов и остракод можно различить в шлифе. Первые представлены мелкими и крупными искривленными и крючкообразными обломками с тонкими кальцитовыми призмами, перпендикулярными к поверхности обломков Остракоды мельче, не превышают 1 мм и имеют яйцевидную двустворчатую форму, обычно с кристаллическим заполнением. Часто встречаются беззамковые створки и обломки.

Интракласты. Термин интракласт был предложен Фолком для обозначения обломков в почти одновременно образовавшихся, обычно слабо сцементированных карбонатных осадках, которые были разрушены и переотложены с образованием новой структуры. Как было отмечено ранее, интракласты глинистых сланцев часто встречаются в некоторых песчаниках. Однако здесь мы рассматриваем только карбонатные интракласты, большинство из которых, по-видимому, образовалось в результате эрозии слоя полуконсолидированного карбонатного осадка. Поэтому многие из них ровные, самые крупные — плитообразные, удлиненные параллельно напластованию. Они могут иметь внутреннюю слоистость, параллельную их плоским граням. Иногда они отшлифованы и имеют округлую форму.

Размерность их меняется от мелкопесчаной до крупноплитчатых обломков внутриформационного (иногда с плотной упаковкой) известкового конгломерата. Большинство обломков состоит из микрокристаллического карбоната («литографского»известняка). Если размеры обломков малы и они хорошо окатаны, то их трудно отличить от пеллет.

Tepмин « виноградный» камень был применен к скоплению карбонатных зерен, обычно представленных пеллетами или другими зернами, слабо или сильно сцементированными микритовым арагонитом. Эти отложения были обнаружены на Багамских отмелях. Причем смесь зерен — это не интракласты в прямом смысле слова, так как они не являются отторгнутыми кусками первоначально сцементированного слоя, а представляют собой агрегаты или скопления зерен. Билз считал такие зерна типичными для некоторых палеозойских известняков Канады и интерпретировал их как результат аккреции, а не истирания. Без сомнения, они внутриформационные, но не интракласты.

Пеллеты. Пеллеты представляют собой мелкие сферические или эллипсовидные яйцеобразные тела или скопления микрокристаллического кальцита, лишенные какой бы то ни было внутренней структуры (рис. 10-11). В любой породе они имеют одинаковые размеры и форму. Размерность их колеблется от 0,03 до 0,15 мм, наиболее часто составляя от 0,05 до 0,10 мм. Они весьма сходны с фекальными пеллетами современных осадков. От оолитов они отличаются отсутствием радиальной или концентрической структуры, от ископаемых остатков — отсутствием внутренней структуры и от интракластов —одинаковыми размерами и формой частиц. Их можно перепутать с очень мелкими интракластами.

Некоторые диагенетические процессы приводят к образованию небольших микритовых участков, в крупнокристаллическом цементе — сгустковая структура, по Кайе. Эти остаточные комочки микритового известняка на перый взгляд сходны с пеллетами. Они отличаются от них отсутствием единообразия в размерности и форме частиц и характеризуются нечеткими границами.

Пеллеты трудно рассмотреть не только в образце, но и даже через бинокулярный микроскоп. В полевых условиях многие известняки определяют как пеллетовые, хотя на самом деле они являются интракластовыми. Настоящий пеллетовый известняк состоит в основном из пеллет, представляющих собой однородную массу, которая в полевых условиях может быть определена как кальцилютит или микритовый известняк.