Зернистые известняки (калькарениты и кальцирудиты)
Термин зернистый известняк был предложен Данхэмом для пород, которые имеют каркас, состоящий из обломочных зерен. Межзерновое поровое пространство этих пород обычно, но не всегда, заполнено кристаллическим цементом. Термин калькаренит является общим при описании отложенных механическим путем зернистых осадков с зернами песчаной размерности (от 1/16 до 2 мм в диаметре). Термин кальцирудит может быть применен к породе, если обломки имеют более 2 мм в диаметре.
Карбонатный обломочный материал имеет субаквальное происхождение и состоит главным образом из окаменелостей (как целых остатков, так и их обломков), а также галек и гравия кальцилютита (интракластов, по Фолку), и оолитов. Таким образом, часть обломочного материала имеет биогенную природу, часть является кластическим материалом в обычном понимании, а другая часть имеет биохимическое (скелетный материал) и химическое (оолиты) происхождение. Однако все эти составляющие были перенесены и отсортированы течениями и отложились механическим путем. Поэтому эти накопления имеют структуру, свойственную обломочным осадкам (рис. 10-24).
Различия между породами биогенного, кластического и даже химического генезиса неоднозначны. Некоторые обломки окаменелостей перекрыты одним или более слоями осажденного химическим путем карбоната; многие оолиты имеют ядро, представленное скелетным образованием или даже кварцем. Кроме того, калькарениты сильно различаются по значимости различных компонентов. Некоторые почти целиком состоят из оолитов (ооспариты), другие полностью представлены обломками окаменелостей (биоспариты), третьи состоят главным образом из зерен кальцилютитового материала (интраспариты и пелспариты) и содержат только единичные рассеянные ооиды или распознаваемые окаменелости (рис. 10-25, 10-26, 10-27).
Обломочные известняки, целиком или почти целиком состоящие из отсортированных ископаемых обломков, являются ракушечниками (coquina) (биоспаррудитами) того или иного типа. Термин ракушечник наиболее часто применяется к более или менее сцементированным крупным обломкам раковин (рис. 10-28). Этот материал, отложенный механическим путем, не следует путать с рудистовыми или устричными отложениями отмелей, формировавшимися и цементировавшимися на месте во время осадконакопления (баундстоуны). К этим отложениям лучше применять термин ракушняковый, чем ракушечник (рис. 10-29). В случае мелких обломков раковин используют термин микроракушечник (биоспарит). Эти породы обычно имеют низкое отношение зерна — цемент, указывающее на высокую первичную пористость, возникшую благодаря тому, что первичный материал имеет строение «картофельных очистков», или «шелухи зерен».
Особой разновидностью ракушечника является энкринит, почти целиком состоящий из обломков криноид. Эта порода также называется органогенным конгломератом. Энкриниты состоят из дисков или пластинок, которые отделены друг от друга, обычно истерты и отсортированы, образуя пласты, отличающиеся по размеру слагающих их обломков. Они могут иметь четко выраженную косую слоистость, в некоторых случаях даже ритмическую слоистость. В этих породах не находят хорошо сохранившиеся кроны и длинные стебли; они встречаются в глинистых известняках. Последние также являются криноидосодержащими породами (но не энкринитами). Образование их, в отличие от криноидных ракушечников, происходило в более спокойных водах, так что останки отмерших животных в более или менее сохранном состоянии захоронялись в донном иле. Мергели с рассеянными, но хорошо сохранившимися остатками криноидей с дифференцированным брахиальным сочленением и энкриниты, сложенные отсортированными и промытыми криноидными обломками, указывают на существование двух контрастных фациальных обстановок карбонатного осадконакопления. Хэддинг объяснил отсутствие ила и концентрацию обломков криноидей донными течениями на участке воздымания и обмеления морского дна. Цементация энкринита происходит при отложении кальцита, в кристаллографическом продолжении зерен, составляющих каркас породы. Таким образом происходит превращение всей породы в крупнозернистую, взаимопроникающую мозаику — осадочный «мрамор» (рис. 10-30).
Калькарениты, главной составной частью которых являются оолиты, называются ооспаритами (если главная составная часть — пизолиты, они называются ооспаррудитами), по Фолку. Оолитовая структура почти всегда первична и указывает на мелководную, неспокойную обстановку. Убедительным доказательством этого положения являются одинаковые размеры оолитов, ассоциация их с обломочными зернами кварца (рис. 10-31), косая слоистость многих оолитовых пород, чистый кристаллический карбонатный цемент (отсутствие тонких поровых карбонатных илов). Наблюдения над известковыми оолитами Багамских островов, проведенные Иллингом, приводят к заключению, что эти оолиты осаждались там, где «свежие океанические воды, попадающие на мелководье, нагреваются и насыщаются карбонатом кальция». Согласно Иллингу, «разрастание оолитов обусловлено главным образом движением зерен песка под действием морских течений».
Кроме органогенных обломочных известняков и оолитов, многие калькарениты содержат мелкие, песчаной размерности зерна, имеющие органическое или иное происхождение, которые являются тонкозернистыми и в которых обычно отсутствует органическая или какая-либо иная внутренняя структура. Подобные округлые, нескелетные зерна называются пеллетами, гранулами, ложными оолитами, псевдоолитами и т. д. В некоторых калькаренитах количество этих зерен намного превышает количество распознаваемых органогенных обломков, или собственно оолитов. По-видимому, они могли образоваться несколькими способами. Большинство, очевидно, отлагалось в виде карбонатного ила, в котором под действием тех или иных процессов образовывались зерна песчаной размерности. При этом способе калькарениты, являющиеся песками, во многом сходны с лититовыми аренитами, которые содержат зерна глинистого сланца, аспидного сланца и аргиллита песчаной размерности (рис. 10-32). Они, однако, отличаются тем, что процесс их образования в одних случаях происходит почти одновременно с осадконакоплением, тогда как в других случаях он связан с эпигенетическими, а иногда с метаморфическими процессами (некоторые песчаники, естественно, также содержат обломки аргиллитов, которые имеют внутриформационное происхождение или образовались почти одновременно с накоплением осадков). В других случаях микритовые зерна могут быть диагенетическими и образуются при разрушении скелетного или оолитового материала.
Процессы, при которых карбонатные илы превращаются в скопления зерен песчаной размерности, могут объясняться несколькими различными причинами. В одних случаях главную роль играет субаквальная эрозия ранее консолидированного кальцилютита. He существует фундаментального различия между более крупными и плоскими гальками внутриформационных конгломератов, мелкими окатанными обломками, находимыми в некоторых калькаренитах, и обломками песчаной размерности в самих калькаренитах. По Фолку, это — интра-спаррудиты и интраспариты.
С другой стороны, эти сложные зерна могут являться и пеллетами или фекальными пеллетами. Эти термины относятся к мелким округлым выделениям, являющимся продуктом жизнедеятельности различных морских организмов. Такие современные фекальные пеллеты широко распространены как в известковистых, так и в неизвестковистых осадках. Многие из них мягкие, и если не затвердевают, теряют свои отличительные особенности при захоронении. Пеллеты, затвердевшие до захоронения, могли быть вымыты из илистой среды, где они сформировались, и включиться в состав карбонатных песков. Однако, как отмечает Фолк, большинство пород, определенных как «пеллетовые известняки» в полевых условиях, при дальнейшем исследовании оказываются интракластами. Настоящие пеллетовые известняки настолько тонкозернисты, что без особой ошибки могут быть отнесены к микритам. Некоторые пеллеты оказываются микритизированными оолитами или окаменелостями, которые в результате процессов, связанных с уменьшением размеров зерен, превращаются в микрокристаллические и почти бесструктурные. Они могут быть определены по форме, размерам, реликтовым текстурам или в некоторых случаях по обнаружению частично микритизированных зерен.
Обычным цементом калькаренитов является кристаллический кальцит, за исключением тех случаев, когда он подвергся доломитизации. Цемент может составлять 50% и более от всей породы. В некоторых калькаренитах цемент может быть представлен в виде как зубчатых каемок на обломочных зернах, так и чистой крупнокристаллической мозаики между зернами. Карбонатный детрит, который представляет собой единый кристаллографический индивид (например, обломки иглокожих), неизменно окружен карбонатным цементом, имеющим ту же кристаллографическую и оптическую ориентировку, что и обломки. По терминологии Батхёрста, это — цемент синтаксиального обрамления. Первичные обломки выглядят как «тени», различимые только по обилию пылевидных включений (см. рис. 10-30). Некоторые авторы считают, что кристаллический кальцитовый цемент является диагенетическим продуктом замещения ранее образовавшегося тонкозернистого микрита. Граф и Ламар считали, что кристаллический кальцит в штате Иллинойс — вторичный цемент, переотложенный после растворения и выноса первичного тонкозернистого бурого кальцита. В результате неполного выноса этого первичного цемента в межзернистых порах остались остатки в форме песочных часов, которые особенно отчетливо видны на контакте между двумя зернами. Бергенбэк и Терриер считают, что эта интерпретация не пригодна для калькаренитов, ассоциирующих с отложениями Скарри-Риф (пермо-карбонового возраста, Техас). Представляется невероятным, чтобы хорошо промытые косослоистые карбонатные пески и илы отложились одновременно в одном и том же месте. Поэтому кальцитовый цемент — это настоящий поровый цемент, а не продукт перекристаллизации.
Общей чертой для многих калькаренитов является микритовая кайма, видимая на многих зернах каркаса породы. Подобная микритовая оболочка могла возникнуть либо при осаждении из раствора микритового слоя, либо при микритизации первичного зерна. Эта однослойная оболочка (поверхностные оолиты, по Кароцци) обычно имеет одинаковую мощность и повторяет контур зерна. С другой стороны, зона микритовых изменений нечеткая и проникает в зерно на различную глубину. Некоторые зерна не полностью окружены микритовой оболочкой, другие — целиком окружены микритовым слоем. Внутренняя граница микритовой зоны может быть расплывчатой, а не резкой, как в случае химически осажденной оболочки.
Калькарениты могут быть тесно связаны с кварцевыми аренитами. При этом они не только переслаиваются с ними, но также и переходят друг в друга (рис. 10-33). Обломочный кварцевый песок смешивается с карбонатным песком в любых пропорциях. Даже те формации, которые обычно называют известковыми, могут содержать значительный объем обломочного кварца (рис. 10-34). С увеличением количества обломочного кварца калькаренит превращается в псаммитовый известняк. Более крупные и заметные зерна кварца обычно хорошо окатаны. В некоторых случаях кварц образует ядро известковых оолитов. Иногда заметно, как разрастание эвгедрального кварца замещает первичный ооид (рис. 10-35).
В полевых условиях калькарениты имеют сходство с некарбонатными песками. Обычно они отложены течениями и имеют косую слоистость, сходную как по масштабу, так и по типу с косой слоистостью, наблюдаемой в обычных песчаниках. Косая слоистость морских калькаренитов в среднем составляет 18 см, но известны слои, мощность которых достигает нескольких метров. По простиранию косая слоистость имеет заметное бимодальное распределение, отличающееся на 180°, указывающее на действие приливно-отливных течений. Эоловые калькарениты унимодальны и характеризуются крупномасштабной косой слоистостью до 23 м, например, в плейстоценовых эолианитах Бермуд.
В свете современных знаний представляется возможным отложение древних калькаренитов в мелководных, подверженных сильному действию приливно-отливных течений зонах или, что менее вероятно, отложение их в виде субаэральных карбонатных дюн; слагающий их карбонатный обломочный материал мигрировал из участков мелководного морского шельфа в прибрежную зону. Петрографические особенности и внутренняя структура карбонатных песков банок Багамского архипелага по всем основным чертам сходны с карбонатными песками древних толщ.
