Доломит

Как отмечал Ван-Туйл, доломит и проблема его происхождения длительное время занимали умы геологов; о его образовании было выдвинуто много теорий. Специальная литература, посвященная доломитам, весьма обширна. Сначала мы рассмотрим их природу, а далее обсудим вопросы происхождения.

Впервые доломит был описан в Тироле. Название «доломит» было применено к этим породам в 1792 г. Сосюром в честь одного из первых исследователей этой породы Долимэ. Доломит, как уже отмечалось, широко распространен как во времени, так и в пространстве, и является одной из важнейших пород земной коры. Доломит, например, составляет 10,2% от осадочного покрова Русской платформы; известняк составляет 17,6 %.

Номенклатура. Доломит является разновидностью известняка, содержащей свыше 50% карбоната, более половины которого сложено доломитом. Поскольку этот термин употребляется также для обозначения минерала доломит, по отношению к породе возможно употребление термина dolostone (доломитовая порода). Однако, несмотря на возможную двусмысленность, возникающую из употребления одного и того же термина как для породы, так и для минерала, термин доломит прочно вошел в употребление и, возможно, будет продолжать употребляться по отношению к породе и минералу.

Породы, занимающие по составу промежуточное положение между известняками и доломитами, имеют разнообразные названия. В общем те породы, в которых кальцит преобладает над доломитом, называют доломитовым известняком, породы, в которых доломит преобладает над кальцитом, называются известковым, кальцитовым, известковистым, содержащим известь доломитом. Общего согласия по поводу разграничения смешанных пород и более однородных, являющихся конечными членами ряда, еще не достигнуто. Преобладание кальцита над доломитом, или наоборот, взято за основу подразделения известняков и доломитов. Известняк, являющийся конечным членом ряда, называется кальцитовым известняком при условии, если в нем содержится незначительное количество магния. Если же он содержит значительное количество магния, он называется магнезиальным известняком, если же преобладает доломит, то это доломитовый известняк (рис. 10-43). Если же содержание магния незначительно, он присутствует в виде MgCO3 в твердом растворе в кальците, а минерал доломит отсутствует. Однако кальцит обычно может содержать в твердом растворе 1 или 2% MgCO3. Только в некоторых современных скелетных материалах он может содержаться в больших количествах. Следовательно, в древних породах магнезиальный известняк может содержать заметное, хотя и небольшое количество доломита.

Породы, представляющие собой смесь кальцита и доломита, в действительности горазда менее типичны, чем конечные члены ряда, содержащие в основном кальцит или доломит. Как показано на рис. 10-8 и в табл. 10-9, карбонатные породы, в которых более 10%, но менее 90% доломита (менее 90% и более 10% кальцита), сравнительно редки. Этот факт впервые был отмечен Стайдтманном и подтвержден Голдичем и Пармали, Чейвом и другими. Если провести границу между доломитом, являющимся конечным членом ряда, и смешанной кальцито-доломитовой породой по 90% доломита, а границу между известняком и смешанной породой по линии 10% доломита, то основная масса карбонатных пород будет либо известняками, либо доломитами. Предложенная номенклатура обобщена в табл. 10-10. Более точная классификация, основанная на минеральном составе, который рассчитан по химическим анализам, разработана Мартине и Сужи для ознакомления с различными классификациями по составу.

Состав. По химическому составу доломиты напоминают известняки, за исключением того, что MgO в доломитах составляет существенную часть и играет важную роль (табл. 10-11). Содержание магния в осадочных карбонатах подвержено колебаниям во времени. В древних карбонатах содержится больше магния, чем в молодых, поэтому доломит более распространен в древних породах.

Некоторые доломиты тесно связаны с эвапоритами и содержат ангидрит или гипс. Содержание кремнекислоты может быть значительным в кремнистых и в песчанистых доломитах. Железистые карбонаты встречаются в доломитах в виде твердых растворов, но не встречаются в кальците. Обогащенные железом разности называются железистым доломитом. Даже незначительные следы железа ведут к появлению бурой окраски при выветривании, вызванной окислением железа. Это помогает установить различие между известняками и доломитами в полевых условиях.

Структуры и текстуры. Некоторые исследователи принимают, что доломиты подразделяются на два класса, отличающиеся размерами кристаллов, граница которых приходится на интервал 10—20 мкм. К первому классу относятся очень тонкозернистые кристаллические доломикриты, которые встречаются в основном в виде тонких, обычно сланцеватых пластов, со знаками ряби, трещинами усыхания и следами эрозии; в них отсутствуют реликты фауны, оолитов и т. д. Ко второму классу относятся более крупнокристаллические или сахаровидные доломиты со множеством следов замещения. Считают, что доломиты первого класса первичны, а второго — представляют собой продукт эпигенетического или диагенетического замещения известняков. В основных чертах доломиты очень похожи на известняки, но более тщательное исследование выявляет множество различий. В доломитах, которые являются продуктом доломитизации известняков, первичные структурные или текстурные особенности затушеваны или совсем стерты. Обломочная текстура калькаренита, например, может стать совершенно неразличимой. Особенности кластических пород проявляются лишь в наличии тенеподобных реликтов, слабо повторяющих контуры первичных структурообразующих зерен. Доломитизированные оолиты и ископаемые осадки проявляются в виде слабых контуров, повторяющих первоначальные формы, и в большинстве своем лишены каких-либо внутренних деталей. В других случаях только рассеянные зерна обломочного кварца являются свидетелями первоначального обломочного происхождения породы. Хотя доломиты обычно не содержат окаменелостей, в некоторых образцах невооруженным глазом видны окаменелости в виде наружных и внутренних отпечатков. Сохранность отдельных деталей очень слабая, и подобные пустоты обычно выполнены друзовидным доломитом.

Доломитизация сопровождается крупномасштабной перекристаллизацией, в результате которой в конце концов образуется гранобластовая структура. При полной перекристаллизации образуется средне-или крупнокристаллическая мозаика, в которой, однако, многие доломитовые кристаллы сохраняют эвгедральную форму (рис. 10-44). По Фридману, такая структура называется идиотопической. При неполной доломитизации образуются рассеянные эвгедральные кристаллы доломита, заключенные в неизменном кальцитовом матриксе (порфироидная структура, по Фридману; рис. 10-45). Эти доломитовые ромбики обычно зональны; центральная часть кристалла содержит включения и поэтому затемнена, а периферийная часть сложена относительно чистым доломитом (рис. 10-46). В отдельных случаях в кристаллах видно чередование светлых и затемненных зон доломита. В других ромбиках центральная часть кальцитовая, а внешняя доломитовая. В песчанистых доломитах ромбики могут содержать мелкие зерна кварца. В отличие от кальцита, доломит идиоморфен. Ромбики пересекают такие первичные элементы структуры, как окаменелости, оолиты и зерна глауконита; доломит, таким образом, является продуктом замещения.

В результате неполной доломитизации образуется крапчатая порода, характеризующаяся пятнистым распределением доломита. Крапчатый облик породы наиболее хорошо проявляется на выветрелой или корродированной поверхности. Крапчатые доломиты неоднократно описывались в литературе и, по-видимому, достаточно распространены. Рисунок доломитизации на поверхности таких пород очень неправилен по форме и в некоторых случаях образует сложно-переплетенную сеть (рис. 10-47). Отдельные участки доломита целиком изолированы. Пятнистый узор объясняется как результат задержки доломитизации в процессе миграции через породу магнийсодержащих растворов. Если крапчатость проявляется при неполной доломитизации, то ее узор, возможно, контролируется первоначальными структурными особенностями известняка, подвергшегося замещению. По мнению многих исследователей, это связано с органикой — возможно «водорослевыми» каналами или, что более вероятно, ископаемыми ходами червей. В некоторых случаях эти проявления четко не контролируются слоистостью или другими текстурами, поэтому трудно объяснить изоляцию отдельных доломитовых участков. Возможно, крапчатость возникла в результате диагенетической дифференциации, из-за несмесимости высокомагнезиального кальцита органического происхождения. Высвобождающийся карбонат магния мог формировать доломит либо в виде изолированных ромбиков, либо отдельных пятен, создавая крапчатость. В ордовикских известняках Платтвиль в верхней долине Миссисипи содержание доломита от 0 до 30%, а в девонских известняках Пализер, Альберта, оно составляет от 10 до 40%. Это соответствует тем значениям, которые можно ожидать при преобразовании водорослевого карбоната, заметно обогащенного магнием. Незавершенность процесса доломитизации, его единообразие на обширных площадях, а также значительные мощности доломитизированных пород являются лишним свидетельством существования внутренних источников магния.

Связь доломитизированного карбоната и осажденного кремнезема (кремня) противоречива. В одних породах доломит более ранний и позднее замещается кремнем как показывают псевдоморфозы кремней по доломиту. Доказательств обратного соотношения гораздо меньше. Кремень с отпечатками доломита, обычно представленный в нерастворимом остатке некоторых карбонатных пород, — это губчатый кремень, с многочисленными ромбовидными пустотами, образовавшимися при растворении доломита. Являлись ли первичные доломитовые ромбики метакристами в кремнях? Если это так, то они могли заместить и кремень. Возможно, они образовались при замещении кальцитового матрикса, который заполнял промежутки между многочисленными кристаллами доломита.

Как отмечалось ранее, доломит встречается также в виде очень тонкозернистой породы, в которой отсутствуют многие черты, характерные для процессов замещения. В ней не содержится окаменелостей, или, в лучшем случае, встречается ограниченная фауна, несколько отличная от свойственной известнякам. Эти породы обычно тонкослоистые, с включениями сильно насыщенного битумами материала. Нередко они содержат кристаллы селенита или желваки гипса и ангидрита. Они обычно ассоциируют с эвапоритами и характеризуются первичными осадочными текстурами, такими как косая слоистость знаков ряби и трещины усыхания.

Распространение и связь с другими породами. Доломит встречается в породах любого возраста, хотя, как отмечали Дейли, Страхов и другие, он наиболее распространен в палеозойских и более древних породах. Он тесно связан с известняком, с которым обычно переслаивается. Пласты доломита, имеющие мощность от единиц до нескольких десятков футов, могут переслаиваться с пластами известняка, имеющими мощность такого же порядка. Однако в некоторых случаях граница между доломитом и кальцитом сечет стратиграфическую поверхность. Иногда границы распространения доломита, по-видимому, контролируются структурным фактором; например, наличием разломов или складок. Нередок латеральный переход доломитов в известняки; подобные фациальные замещения могут иметь резкий характер. Хотя о палеогеографии доломитов известно еще немного, полагают, что он более типичен для прибрежных фаций, в то время как известняк является продуктом удаленных от берега зон, возможно, с морскими водами более нормальной солености (предполагают, что прибрежные участки имеют более соленые воды; рис. 10-48). Имеются, однако, случаи с обратным соотношением, когда известняки расположены в периферийных, а доломиты в центральных частях бассейна. Доломиты характерны для зарифовых участков, а известняки формируются на самих рифах или перед рифами.

В нижнем силуре доломиты, по-видимому, накапливались в иной географической обстановке, чем соседние известняки, как, например, в кембро-ордовикских отложениях на востоке штата Теннесси и юго-западе штата Виргиния.

Во многих местах доломиты тесно связаны с эвапоритами, особенно с гипсом и ангидритом. В одних случаях эвапоритовый материал представлен только рассеянными кристаллами гипса и ангидрита в доломите. В других случаях доломит переслаивается с сульфатами. Эти доломиты обычно тонкозернистые, а не сахаровидные, им свойственны тонкая слоистость, а также наличие коричневого оттенка из-за примеси битуминозного вещества.

Где же отлагается доломит в настоящее время? По-видимому, в больших масштабах накопление доломита нигде не происходит. Многие принимают это как доказательство диагенетического, а не первично осадочного происхождения доломита, или считают, что условия осадконакопления в прошлом сильно отличались от современных. Однако в последние годы доломит, хотя и в очень незаначительном объеме, был обнаружен в некоторых ограниченных фациальных обстановках. Несмотря на несколько ранних упоминаний о современных доломитах, этой проблеме стали уделять большое внимание только после того как Олдерман и Скиннер опубликовали статью о доломитовом мергеле, образующемся в лагуне Куранг Южной Австралии. После этого доломит был найден в виде корок выше приливно-отливной зоны Флоридского залива и Багамских островов, на себхах района Персидского залива, в Нидерландских Антиллах и на некоторых Тихоокеанских атоллах. Известны также и другие места осаждения доломита, например на прибрежных отмелях оз. Балхаш.

Эти современные отложения, хотя и незначительны по объему подтверждают заключение о том, что тонкозернистые и сланцеватые доломиты древних толщ накапливались в тех же условиях, что и современные формации. Это, по-видимому, были тропические, главным образом аридные или семиаридные обстановки, обычно приливно-отливные или прибрежные равнинные участки. Для этих условий, по-видимому, характерны пересыщенные солью, обогащенные магнием рассолы. Тесная связь древних доломитов с гипсом, водорослевая слоистость и текстуры, трещины усыхания и другие признаки мелководности или наличия пересыщенной рапы, согласуются с наблюдениями над современными доломитовыми отложениями.