Минералы и материнские породы

Ученых, изучающих кластические осадочные породы, интересует тип и характер материнской породы, из которой образовались осадки. Знание этого могло бы помочь им идентифицировать область сноса. Фрагменты характерных пород или присутствие в песках необычных минералов подкрепляют эту идентификацию и, таким образом, ведут к пониманию палеогеографии древних эпох. Дополнительное влияние на характер осадков, отлагающихся в бассейне, оказывают геологические события, происходящие вне бассейна осадконакопления. Резкий подъем и эрозия области сноса вызывают поступление новых минералов, ранее отсутствовавших в этом бассейне; вулканизм за пределами бассейна регистрируется также по притоку новых характерных минеральных ассоциаций. Поэтому необходимо знать и уметь распознавать наборы минералов, присущие существенно отличающимся друг от друга источникам и характерные для них.

Совершенно необходимо также знать, является ли осадок продуктом первого цикла отложения, образовавшимся из кристаллических пород, или же это — продукт второго цикла, т. е. возникший из осадочных пород. Многие свойства, такие как окатанность, могут быть унаследованы от ранних циклов абразии; поэтому интерпретация истории такого осадка является делом сложным. В среднем песчаники, по оценке Крынина, на 30% состоят из переработанного материала, на 25% — из нового материала вулканического происхождения и на 45% — из материала метаморфических источников сноса.

Хотя различие между осадками первого и второго циклов фундаментально, для весьма зрелых пород его бывает трудно установить. Незрелые осадки, такие как, например, аркозовые пески, чаще всего относятся к первому циклу. Кварц в песках первого цикла в большинстве случаев является угловатым, однако иногда может быть и окатанным — за счет резорбции в магме или коррозии в процессе выветривания. Peгенерационные каемки на кварце являются доказательством происхождения в результате второго цикла.

Весьма важно различие между плутоническими и супракрустальными питающими провинциями. Глубина, с которой поступает материал, является своего рода мерой амплитуды воздымания, за счет которого происходило поступление обломочного материала. В соответствии с этим гнейсы и плутонические изверженные породы образуют одну группу, а слабометаморфизованные и осадочные породы — другую. Плутонические породы характеризуются грубой зернистостью и продуцируют кварц и полевой шпат песчаной размерности; при размыве супракру-стальных пород образуются кварц второго цикла и обломки пород песчаной фракции. Отношение обломков полевошпатовых пород в песках используется (см. главу «Песчаники») в качестве индекса, характеризующего питающую провинцию, и является мерой относительного вклада плутонических и супракрустальных зон.

Для определения источников сноса используются также легкие и тяжелые минералы. В песках наиболее обычным минералом является кварц. Поэтому наиболее многочисленные исследования были направлены на определение связи различных типов кварца с материнской породой. Одна из первых попыток в этом направлении была предпринята Макки, который использовал включения в кварце, как ключ к определению источников сноса. Более обстоятельными были работы Крынина, который создал классификацию кварца, включающую три группы: изверженного кварца (включая плутонический, вулканогенный и гидротермальный), метаморфического (включая деформированный и инъекционный кварц) и осадочного кварца либо в виде аутигенных обрастаний, либо выполнения жил или пустот. Критериями для распознания различных типов кварца являются включения, погасание (волнистое или нет), форма зерен (удлиненность) и поликристалличность. Классификацией Крынина трудно пользоваться, так как она основана на признаках, которые могут быть присущи различным классам (а это затрудняет объективное выделение последних), а также из-за неадекватности наших представлений о кварце материнской породы. Эти вопросы были подвергнуты критическому анализу многими исследователями; рассмотрение взглядов по проблеме в целом было произведено Блаттом. Более подробно история вопроса изложена в главе о песчаниках.

Совершенно очевидно, что, несмотря на возникающие трудности, изучение детритового кварца может привести к существенным выводам. Даже при отсутствии возможности с полной уверенностью судить об источнике сноса обычного кварца, могут быть подмечены различия между обычным и поликристаллическим кварцем, а также, вероятно, между сутурированным и полигонизированным кварцем, между плутоническим и вулканогенным кварцем. Эти различия имеют значение при анализе источников сноса и в любом случае могут быть весьма полезными при определении минеральных ассоциаций в зрелых песчаниках.

Наиболее распространенным после кварца минералом является полевой шпат. Однако обычно при расшифровке источников сноса ему уделялось меньше внимания, если не считать исследования Римсэйта. Обычно полевой шпат кислых вулканитов представлен санидином; для кислых магматических пород это — ортоклаз или микроклин. Пертитовый полевой шпат указывает на медленное остывание магмы и поэтому характерен для глубинных источников. Полевым шпатам пирокластического происхождения, как правило, свойственны эвгедральные (идиоморфные) формы, обычно нарушенные и в ряде случаев имеющие тонкую оболочку вулканического стекла, тогда как плутонические полевые шпаты — ангедральны (ксеноморфны). Плагиоклаз в вулканогенных и гипабиссальных породах характеризуется волнистой зональностью; в плутонических и метаморфических породах такая зональность встречается реже.

Одним из наиболее информативных детритовых компонентов являются обломки пород; их тщательное изучение должно быть неотъемлемой частью исследований по определению питающих провинций. В песчаниках обычно содержатся обломки пород, которые в силу ограниченности размера песчаных зерен являются мелкозернистыми. Это могут быть вулканогенные (в основном базальтовые или фельзитовые), осадочные (как правило, пелитовые или микритовые) или мелкозернистые метаморфические породы, например, такие, как аспидные сланцы или филлиты. Частицы пород несут больше информации об источниках сноса, чем какие-либо другие типы зерен, хотя в некоторых случаях их бывает трудно идентифицировать. Диккинсон предложил довольно простую методику определения некоторых типов обломков пород, наблюдаемых в песках. Его классификация, основанная на структурах пород, включает в себя вулканогенные, кластические, микрогранулярные обломки и тектониты. Вулканогенные обломки имеют структуру изверженных афанитов и включают фрагменты измененных или перекристаллизованных вулканических пород; кластические породы имеют обломочные структуры. Обломки тектонитов характеризуются сланцеватой или полусланцеватой структурой; обломки микрогранулярных пород состоят из примерно равновеликих хорошо отсортированных зерен. Их идентификация наиболее затруднительна, поскольку фактически они принадлежат к тому или иному из первых трех классов.

Многие неясные вопросы могут быть решены, если в разрезе присутствуют конгломераты. Важными характеристиками являются количество и размеры гальки и валунов. Определенные типы гальки и их соотношения указывают как на тип материнской породы, так и на дальность транспортировки; менее устойчивые обломки по мере увеличения этого расстояния быстро разрушаются. Однако, поскольку различные материнские породы обладают разной способностью к образованию обломков и неодинаковой устойчивостью к абразии, соотношения, наблюдаемые в галечниках, нельзя рассматривать как прямое отражение относительного содержания определенных пород в области сноса.

Исключительно важным средством определения характера материнской породы оказались тяжелые минералы. Некоторые минералы являются диагностическими для определенного типа материнской породы. Другие, как и кварц, значительно более распространены и встречаются почти во всех типах исходных материалов. В этом случае дополнительным средством, указывающим на характер материнской породы, могут служить второстепенные признаки, такие, как включения, цвет, форма и т. п. Возможности использования второстепенных признаков продемонстрировала работа Крынпна, которому удалось с помощью этого метода распознать 13 разновидностей турмалина. Сходным образом в качестве ключа к определению питающих провинций были использованы разновидности циркона. Наборы минералов, характерные для определенных материнских пород, приведены в табл. 13-1.

Как и в случае с компонентами галечников, состав набора тяжелых минералов может изменяться не только за счет потери менее стабильных минералов в процессе выветривания, но и в результате селективных потерь как при абразии в процессе транспортировки, так и вследствие растворения уже после осадконакопления (внутрипластовое растворение). Эти проблемы будут рассмотрены ниже.

Для изучения питающих провинций некоторое значение могут иметь даже глинистые минералы. Если бы они были стабильными, минералогия глин в осадке могла бы довольно близко соответствовать минералогии глин в определенной области сноса. Однако глинистые минералы подвержены изменениям после отложения и захоронения, поэтому они менее пригодны для изучения источников сноса, чем обломочные компоненты песков или галька в галечниках.