Типы осадочных пород
Конгломерат. Конгломераты можно считать сцементированным гравием. Они состоят из грубых галек, обычно округленных потоком переноса. Отдельные гальки могут полностью состоять из кварца или могут быть обломками неразрушенных пород. Мелкогалечные конгломераты могут переходить в грубые песчаники.
Песчаник. Пласты песка, сцементированные в массы породы, называются песчаниками. Составляющие их зерна обычно округлые и окатанные, но могут быть и более или менее угловатыми. Цементом, связывающим зерна песка вместе, могут быть кремнезем, карбонат (обычно кальцит), окись железа (гематит или гётит), мелкозернистые глины или хлоритовые минералы. Цвет породы в значительной мере зависит от характера цемента. Породы, содержащие кремнезем или кальцит в качестве связующего материала, могут быть светлого цвета, обычно бледно-желтого, светло-желтого, белого или серого; те, что содержат окись железа, — красные до красновато-коричневого. Следует отметить, что когда разбивается песчаник, то чаще всего ломается именно цемент, а отдельные зерна остаются целыми, так что свежая поверхность может быть зернистой с виду и наощупь. Главный минерал песчаников — это кварц, и если порода содержит более 90 % зерен кварца, сна называется ортокварцит. Если порода содержит заметные количества полевого шпата, ее называют аркозом. Если кроме обилия кварца, песчаник содержит значительное количество зерен полевого шпата, осколки породы, тонкозернистый силт, она называется граувакка. Граувакки могут содержать до 30 % очень тонкозернистой глины или хлорита или обоих вместе. Более тонкозернистые граувакки переходят в глинистые сланцы.
Глинистый сланец. Глинистые сланцы — очень тонкозернистая осадочная порода, образованная консолидацией слоев грязи, глины или ила. Они обычно имеют тонкопластинчатую структуру. Их цвет — обычно один из оттенков серого, хотя они могут быть белыми, желтыми, коричневыми, красными или зелеными до черных. Они состоят в основном из глинистых минералов с кварцем и слюдой, но слишком тонкозернисты, чтобы можно было распознать их минеральные составляющие невооруженным глазом. При вхождении кварца и увеличении размеров зерна они переходят в граувакки и песчаники, а при наличии кальцита — в известняки.
Известняки. Известняки, в основном состоящие из кальцита CaCO3, — это наиболее распространенная химическая осадочная порода. Хотя кальцит может осаждаться непосредственно из морской воды, большинство известняков — результат органического осаждения. Многие живущие в море организмы выделяют карбонат кальция из воды для образования твердых защитных раковин. После смерти организма твердые известковые части скапливаются на дне моря. При многочисленности морских организмов может возникнуть толстый слой раковин и других твердых частиц, которые при консолидации становятся известняком. Есть несколько видов известняка. Мел — пористый, тонкозернистый известняк, состоящий большей частью из фораминиферовых раковин. Ракушечник, находимый на побережье Флориды, состоит из частично сцементированных ракушек и их обломков. Литографский камень — это в высшей степени тонкозернистая порода из Золенгофена (Бавария). Хотя известняки в основном кальцитовые, они могут содержать в малых количествах другие минералы. Если распространены примеси глины, то известняк через глинистый сланец переходит в так называемый глинистый известняк (мергель). Когда минерал доломит становится важным составляющим известняка, порода называется доломитовой. Оолитовый известняк состоит из небольших сферических конкреций, напоминающих рыбью икру, и считается, что он осаждался химически. Маленькие конкреции имеют внутри ядрышко из песчинки, осколка ракушки или другой чужеродной частицы, вокруг которой произошло отложение. Оолитовый песок, который образуется в настоящее время на дне Большого Соленого озера, после консолидации дал бы оолитовый известняк.
Травертин. Это известковый материал, отложенный водами источников (часто теплых источников) при атмосферных условиях. Если отложение пористое, оно называется известковый туф. Такие отложения преобладают в известняковых районах, где циркулирующие подземные воды, содержащие CO2, приняли в раствор значительное количество карбоната кальция. Когда подземные воды выходят на поверхность в виде родника, часть CO2 выделяется, и в результате часть карбоната кальция осаждается в виде травертина.
Доломит. Порода по внешнему виду так сильно напоминает известняк, что обычно невозможно отличить друг от друга эти породы без химического анализа. Более того, доломит как название породы не ограничивается материалом, состоящим из минерала доломита, но может иметь примесь кальцита. Доломиты в основном не образовались как первичные химические осадки, а являются результатом изменения известняка, при котором часть кальция замещена магнием. Считается, что этот процесс доломитизации происходил либо под действием морской воды вскоре после первоначального отложения или под действием циркулирующих подземных вод после того, как порода консолидировалась и была поднята над уровнем моря.
Магнезит. Как осадочная порода магнезит распространен намного более ограниченно, чем доломит. Он образовался при почти полном замещении магнием кальция первичного известняка. Такие магнезитовые породы обнаружены в Австрии, на Урале (Россия), и в округе Стивенс (штат Вашингтон).
Кремнистый туф. В некоторых районах горячие источники откладывают опаловый материал, называемый кремнистым туфом, или гейзеритом. Эго отложение, вероятно, является результатом и испарения, и выделения кремнезема водорослями.
Диатомит. Диатомовые водоросли — крошечные одноклеточные организмы, которые живут как в пресной, так и в соленой воде и обладают способностью вырабатывать раковины из опалового материала. Когда организмы умирают, их маленькие раковины накапливаются и создают мелообразное отложение — диатомовую землю.
Железистая формация. Осадочные, полосчатые железистые формации известны в комплексах пород поздней докембрийской эры. В основном они состоят из кварц-магнетита, кварц-гематита и кварц-гематит-магнетита. Осадочная полосчатость в этих породах в основном очень хорошо сохраняется, и считают, что она отражает химическое осаждение окислов железа и кремнезема в бассейнах протерозойской эры. Другие минералы, которые часто присутствуют, — это сидерит, анкерит, гриналит и миннесотаит. Обширные зоны протерозойских железных формаций обнаружены в районе озера Верхнее, в Лабрадорской впадине (Канада), в Хэмерсли (Зап. Австралия) и в Бразилии.
Эвапориты. Когда отрезанный от моря участок морской воды или соленое озеро испаряется, элементы раствора (табл. 11.7) осаждаются в виде так называемых эвапоритов. Более 80 минералов (за исключением кластического материала) были зафиксированы в эвапоритах, и большинство из них — хлориды, сульфаты, карбонаты и бораты; только 11 считается основными составляющими (см. табл. 11.7). При испарении общая последовательность осаждения такова: кальцит (когда первоначальный объем морской воды уменьшается испарением наполовину), гипс (с уменьшением первоначального объема до 1/5), галит (с объемом, уменьшенным до 1/10 первоначального) и, наконец, сульфаты и хлориды Mg и К. Если будет осаждена вся соль, содержавшаяся в 300-метровом столбе морской воды, то выпадет 0,15 м сульфата кальция, 3,6 м NaCl и 0,8 м К- и Mg-содержащих солей, образуя соляной столб 4,6 м толщиной.
Однако в естественных отложениях минералы, оседающие в этой последовательности первыми, демонстрируют тенденцию к увеличению мощности. Поэтому гипс и ангидрит — наиболее распространенные эвапоритовые минералы и часто образуют массивные пласты. Отложение гипса или
ангидрита зависит от температуры и солености рапы; ангидрит образуется при большей концентрации соли и более высокой температуре, чем гипс.
Галит образует около 95 % хлоридных минералов в комплексе эвапорита; толстые протяженные слои каменной соли покрывают гипсово-ангидритовую зону морских эвапоритов.
Отложения более растворимых солей, таких как сильвин, карналлит и полигалит, — редки, поскольку они не отлагаются, пока не наступило почти полное высыхание. Несмотря на это, в некоторых местах образуются большие месторождения, практически сильвиновые; они являются главным источником калия.