Петрография эвапоритов

Зернистость гипсовой породы изменяется от грубо- до тонкокристаллической; причем последняя встречается наиболее часто. Характер залегания гипса довольно разнообразен и частично определяется первичными процессами отложения, а частично — последующим диагенезом. В некоторых случаях гипс представлен тонкослоистыми отложениями и может переслаиваться с доломитом. Во многих сицилийских верхнемиоценовых отложениях проявляется как нормальная, так и обратная сортированность; местами присутствует косая слоистость, отражающая гидродинамические особенности осадконакопления. Местами слоистый гипс разрушен и переотложен в виде внутриформационного конгломерата.

Гипс в некоторых отложениях представлен в виде рассеянных желваков, обычно в карбонатном матриксе. Желваки размером от 1 до 2 см могут быть рассеяны вдоль напластования или могут соединяться с образованием неправильных «волнисто-слоистых» гипсовых слоев, или могут быть так плотно между желваками, что образуется массивный пласт, причем прослои между желваками образуют сетчатый или ячеистый рисунок.

Гипс встречается также в виде крупных кристаллов, образуя разновидность — селенит. В сицилийских отложениях они образуют эффектные кристаллы, в которых проявляется двойникование по типу «ласточкиного хвоста» и длина которых достигает 1 м; эти кристаллы обычно ориентированы более или менее перпендикулярно к напластованию согласно правилу Маттура. Харди и Югстер считают эти кристаллы первичными, хотя Огнибен рассматривал их как замещение первоначального сульфата, возможно ангидрита. В некоторых отложениях гипс может иметь псевдопорфировую или псевдоофитовую структуру. Псевдопорфировая структура характеризуется наличием крупных призматических кристаллов, внедренных в тонкокристаллическую основную массу из того же или другого материала; псевдоофитовая структура характеризуется крупными плоскими кристаллами, которые заключают в себе мелкие четкие эвгедральные кристаллы. Более крупные селенитовые кристаллы, вероятно, имеют более позднее происхождение, чем матрикс, в котором они находятся. Они скорее имеют порфиробластовый характер, а не являются фенокристаллами.

Гипс встречается в жилах, в гипсовых породах и в ассоциирующих отложениях. В жилах обычно проявляется перекрестно-волокнистая текстура, а в редких случаях — текстура «конус в конусе». В некоторых глинах и глинистых сланцах встречаются также крупные гипсовые эвгедральные кристаллы и розетки. Такие образования, по-видимому, являются аутигенными и формируются в илах после осадконакопления.

По-видимому, гипс чаще всего образуется в процессе гидратации ангидрита. В некоторых случаях этот процесс влечет за собой увеличение объема на 30—50%. Результаты такого набухания могут быть достаточно эффектными, так, например, создается энтеролитовая складчатость тонких ангидритовых слоев, заключенных в пластах каменной соли или в других породах. Местное смятие и интенсивное складкообразование слоев гидратов может происходить, не оказывая большого влияния на вмещающую толщу (рис. 11-33). Киркленд и Андерсон, однако, интерпретировали складкообразование как тектоническое и не связывали его с изменением объема.

Ангидриты, как и гипсы, залегают в пластах, которые в некоторых местах имеют значительную мощность и протяженность. Пласт может быть и тонкослоистым. В формации Кастиль (пермь) в бассейне Делавэр в штате Техас и в прилегающих участках штата Нью-Мексико мощность этих слойков составляет в среднем 1,6 мм, они отделяются один от другого тонкой коричневой обогащенной битумом пленкой. Отдельные прослои коррелируются по кернам, взятым из буровых скважин, расположенных на расстоянии до 113 км друг от друга. Они интерпретируются как ежегодные или сезонные слои. Подобным же образом объяснялась слоистость других эвапоритов. Пласты ангидрита обычно тонкослоистые, хотя известны также волокнистые и грубокристаллические образования. В некоторых местах кристаллы гипса рассеяны по ангидриту, тем самым придавая породе порфировый вид (рис. 11-34).

Из-за своей способности к растворению и повторному осаждению эвапориты подвергаются крупномасштабным, зачастую сложным вторичным изменениям, так что трудно выяснить первоначальный минеральный состав и структуру. Это особенно справедливо для гипса и ангидрита. Какой из сульфатных минералов был первичным? Некоторые геологические данные свидетельствуют о том, что большая часть гипса образовалась по ангидриту. Эту точку зрения подтверждают наблюдения, что гипсовые пласты обнажений постепенно переходят в ангидрит на глубине, что гипс залегает в виде жил, незакономерно секущих толщу ангидрита, а также и присутствие небольших пятен ангидрита в гипсе. Порфиробластовый характер кристаллов селенита в ангидрите — еще одно свидетельство в пользу точки зрения, что гипс является вторичным. Эти факты привели к выводу, что первично осажденным был ангидрит. Однако высказывались предположения, что первично осажденным был гипс, который после образования мог погрузиться в более низкие и более плотные слои донного рассола и там перед захоронением мог превратиться в ангидрит. Однако все это не так просто. Псевдоморфные текстуры показывают, что когда-то гипс находился в изобилии в сульфатных зонах формации Саладо. Аналогичные псевдоморфозы свидетельствуют и о том, что некоторые мощные сульфатные зоны в цехштейне Англии первоначально были представлены гипсом, но в настоящее время они полностью замещены преимущественно ангидритом. Такие же псевдоморфозы ангидрита по гипсу известны также в цехштейне ФРГ и ГДР. Заслуживает внимания и тот факт, что единственным сульфатом, образующимся в современных эвапоритах, может быть за некоторым исключением, является гипс.

Обширная экспериментальная работа была проведена по изучению равновесия гипса и ангидрита. Последней работой, обобщившей предыдущие исследования, является труд Харди. Харди показал, что, хотя ангидрит может быть синтезирован (в результате дегидратации гипса) при атмосферном давлении и геологически благоприятных условиях температуры и активности H2O в определенные геологические эпохи, первичного осаждения ангидрита не достигается. Гипс, находящийся в поле устойчивости ангидрита, превращается в ангидрит. Работа Харди показала, что для образования ангидрита необходима температура значительно более высокая, чем предполагалась раньше. Эти наблюдения позволили предположить, что гипс должен быть первым сульфатом, образующимся при испарении природных вод.

Проблема метасоматических изменений в эвапоритах не ограничивается взаимосвязью между гипсом и ангидритом. Она включает замещение карбонатных пород ангидритом и сульфатных пород — галитом и полигалитом. Много сложных схем последовательных замещений было разработано и обобщено в работах Стюарта.

Галит, или каменная соль, представляет собой массивный, крупнокристаллический материал без отдельностей; в некоторых отложениях он слоистый. Слои соли мощностью несколько сантиметров разделены пропластками ангидрита и доломита. В некоторых случаях слои темной соли чередуются со слоями белой соли; в других случаях непрозрачная соль переслаивается с прозрачной. Темная соль содержит большое количество включений ангидрита; непрозрачная — характеризуется обилием жидкостных включений. Кристаллы соли могут представлять собой четко очерченные кубы; в других случаях кристаллы воронкообразные. Согласно Деллвигу, воронкообразные кристаллы были образованы на поверхности рассола, тогда как кубические кристаллы образуются на границе раздела между скоплениями соли и перекрывающим рассолом.

Изучение жидкостных включений и пузырьков, содержащихся в солях Салина, штат Мичиган, указывает на температуру кристаллизации от 32 до 48,4° С. Поскольку эти определения были установлены только для включений в кристаллах, образованных предположительно на поверхности рассола, они показательны только для температуры, достигнутой таким поверхностным слоем, который может быть расположен значительно выше, чем вся масса рассола.

Соль — это порода, которая может приобрести текучесть при относительно низких температурах и давлениях. Соли из глубоко погребенных горизонтов могут подниматься как в виде штока протыкания, так и соляного «купола». Боковые породы прорываются солью и могут быть разорваны и сдвинуты. Соляные купола распространены на побережье Мексиканского залива, в штатах Техас и Луизиана, а также известны в ГДР, ФРГ, России и Иране. Внедрение соли представляет собой круглое образование, диаметр которого составляет обычно от 0,8 до 3,2 км. и характеризуется почти вертикальной осью. Его верхушка, преимущественно плоская или куполообразная, перекрывается «кэпроком», мощность которого может превышать 30 м и который состоит из известняка, гипса и ангидрита. В толщах соли развита сложная система крупно- и мелкомасштабных складок течения, линейность и подобные особенности, вызванные направленным вверх течением соли.

Хотя для объяснения возникновения соляных куполов было выдвинуто несколько теорий, в настоящее время их рассматривают преимущественно как интрузивные соляные тела. Следовательно, они являются тектоническими структурами, и детальное рассмотрение их здесь неуместно. Мы рекомендуем обширную литературу, посвященную этим интересным и промышленно важным структурам.

Эвапориты ассоциируют с такими осадками, как глинистые сланцы и доломиты. Ассоциация с красноцветными пластами встречается часто, но не является универсальной. Многие эвапориты переслаиваются с карбонатными породами или залегают на них. Доломит представлен чаще, чем известняк. В некоторых разрезах он заметно бурый, вероятно, из-за присутствия битуминозного вещества и тонкослоистый. Порода может иметь плохой запах, хотя макроскопические окаменелости встречаются очень редко. Ангидрит широко распространен в доломитах и местами составляет большую часть породы. Весьма вероятно, что эти доломиты являются химически осажденными. Во многих местах ангидрит невозможно заметить, поскольку он был замешен и в настоящее время присутствует в виде псевдоморфоз кальцита по ангидритовым кристаллам или в виде кальцитизированных желваков в известняках. Этот процесс кальцитизации может происходить в большом масштабе.

Глинистые сланцы также присутствуют вместе с ангидритом и солью и могут переслаиваться с ними. Часто встречаются кососекущие жилы гипса.

Отсутствие макроскопических окаменелостей в звапоритах и связанных с ними породах является почти всеобщим, хотя существуют и характерные исключения. Отсутствие их неудивительно, если учесть высокую соленость вод, в которых кристаллизуются отложения. Была отмечена связь битума с эвапоритами. Битум, присутствующий в соседних с ангидритами доломитах, иногда образует слоистость в самом ангидрите и может быть обнаружен в виде включений в кристаллах соли. Своим происхождением он, возможно, обязан планктонным ор ганизмам, занесенным в залив или лагуну с высокой соленостью из открытого океана.