Конкреции, желваки и другие диагенетически сегрегации

Химические процессы, почти одновременные с осадконакоплением или следовавшие за ним, определяют формирование разнообразных осадочных текстур. В этой главе мы рассматриваем те объекты, которые формируются в результате осаждения или сегрегации минерального вещества и включают такие тела, как желваки, конкреции, жеоды и септарии. Хотя обычно тела имеют небольшой объем и являются второстепенными компонентами породы, распространены они достаточно широко. По-видимому, это сегрегации более редких компонентов вмещающих пород, в которых они встречаются.

До недавнего времени конкреции рассматривались как любопытные образования и большей частью серьезному изучению не подвергались. Последнее исследование, в частности работа Рейсуэлла, показало, что конкреции могут объяснить характер и последовательность диагенетических процессов, которые воздействовали на осадок. Конкреция представляет собой «замороженную» летопись условий, характерных для осадка во время его накопления; она также цесет в себе информацию о процессах консолидации осадка. Изучение конкреций, следовательно, имеет гораздо большее значение, чем предполагалось ранее.



Так много объектов различного характера называют конкрециями, что этот термин имеет только самое общее значение. Он, используется равнозначно с термином желвак (nodule) в весьма широком смысле. Все определения, однако, предусматривают состав, отличающийся от вмещающей породы, и во всех них также указывается на образование стяжений в результате осаждения из водного раствора внутри вмещающей породы — особенность, необходимая для того, чтобы отличить конкреции или желваки от гальки. Таким образом, галька и конкреции различаются генетически.

Признавая необходимость совершенствования определений и терминологии, Тодд предложил четыре термина: аккреция, интеркреция, экскреция и инкреция, основанные на способе роста стяжений. Аккреции равномерно растут от центра к периферии; интеркреции являются септариями, которые формируются в результате неправильного и интерстициального роста; экскреции растут от периферии внутрь; а инкреции представляют собой цилиндрические формы с полой сердцевиной. Предложенная То адом классификация, по-видимому, не получила всеобщего признания.

На практике по отношению к конкреционным телам для отражения различий в форме и внутреннем строении используются специфические названия такие, как жеоды, септарии и «конус в конусе», которые являются носителями таких различий. По отношению к менее правильным и бесструктурным телам, таким, как флинтовые и кремне вые стяжения во многих карбонатных породах, чаще всего применяется термин желвак. Они не называются конкрециями, этот термин сохраняется за более правильными формами, многие из них в отличие от кремневых желваков имеют ядро Очевидно, мы нуждаемся в лучшей терминологии.

Диагенетические сегрегации можно классифицировать по времени образования, форме, внутреннему строению и составу.

Различные конкреционные тела могут быть с ингенетичными, такими являются современные глубоководные марганцевые желваки, почти сингенетичными, т. е. раннедиагенетическими, образовавшимися до полного уплотнения вмещающего осадка, или эпигенетическими, образовавшимися после консолидации вмещающей породы. Они также могут быть классифицированы по их внешней форме либо конкреционной, либо пластообразной. Большинство диагенетических сегрегаций формировалось вокруг какого-то центра, часто вокруг инородного объекта — листка или раковины — в качестве ядра. Ho некоторые образования, например «конус в конусе», выделяются или осаждаются по плоскостям напластования и, таким образом, имеют таблитчатую форму

Сегрегации могут быть также классифицированы по особенностям их внутреннего строения.

Если исключить определенные псевдоконкреционные формы, такие как панцирные глиняные шары, некоторые «известковые глиняные шары» и часть водорослевых структур или онколитов, то различные агрегаты вторичных минералов распределяются по четырем основным классам, отличающимся по своему внутреннему строению. Первый класс включает такие тела, как кремневые и флинтовые желваки, достаточно неправильные по форме и характеризующиеся отсутствием правильной внутренней структуры. По-видимому, они являются продуктом постседиментационного замещения вмещающей породы, хотя некоторые геологи предполагают первичное происхождение этих тел. Второй — объединяет кристаллические агрегаты, которые являются крупнозернистыми кристаллическими образованиями. Некоторые из них характеризуются радиальным расположением игольчатых кристаллов (сферолиты); другие имеют радиальную симметрию (розетки) или менее правильное взаимное прорастание крупных кристаллов (песчаных кристаллов). В некоторых содержится, а в других не содержится материал матрикса, в котором они развивались, Третий класс конкреционных тел представлен обычными субсферическими формами, обычно сильно сплющенными, а иногда и морфологически сложными, образующимися в результате роста вокруг нескольких центров. Они в основном формировались в процессе упорядоченного осаждения минерального вещества в порах осадка, окружающего ядро. Через эти стяжения, по-видимому, проходят плоскости напластования вмещающей породы. Эти тела названы просто конкрециями. Четвертый — и последний класс составляют минеральные сегрегации, которые обусловлены заполнением пустотного пространства или трещины, или системы трещин. Они не все одинаковы и не образуют однородной группы. Сюда включаются простые жилы, септариевые системы жил, жеоды и т. д.

Сегрегации можно классифицировать в соответствии с их составом аналогично тому, как классифицируются необломочные осадки. В этом аспекте мы имеем кремневые сегрегации (кремневые, флинтовые), карбонатные (кальцитовые, арагонитовые, сидеритовые); фосфатные, сложенные окислами железа, сульфатами (гипсом, баритом) и сульфидами (марказитом, пиритом).



Весьма существенно, что различные структуры, определяемые как конкреции, являются главным образом сегрегациями второстепенных компонентов породы, в которой они развиваются. Они представлены кремнеземом в карбонатных вмещающих породах, известняковыми карбонатами — в глинистых сланцах или песчаниках, сульфидами железа — в черных сланцах, а также фосфором, марганцем, барием или другими рассеянными элементами вмещающей породы. Для выделения этих веществ поступление материала извне необязательно. Как отмечено Рамбергом, из-за разности поверхностных энергий свободная энергия будет меньше, если эти компоненты находятся в виде агрегатов, чем тогда, когда они разделены или рассеяны; поэтому формируются агрегаты в течение времени.

Важной проблемой происхождения конкреционного тела является способ замещения. Сегрегации могут создавать для себя пространство путем замещения вмещающей породы, как это происходит с кремневыми желваками; путем отложения в ранее существовавших пустотах или трещинах, как это происходит в случае жеод и жил, или же путем осаждения в имеющихся порах вокруг какого-то одного или нескольких центров во вмещающей породе, как это происходит с известковыми конкрециями в песке или алеврите, с шаровидными конкрециями и песчаными кристаллами кальцита, гипса и барита. И, наконец, они образуются, внедряясь во вмещающий матрикс и раздвигая его. Поэтому для исследователя основными являются правильные выбор и применение критериев, необходимых для систематики способов замещения. Они рассматриваются ниже.

К этой проблеме примыкают проблемы времени замещения и критериев для решения этого вопроса. Некоторые авторы пришли к заключению, что сегрегации являются сингенетичными, т. е. сформировались, по существу, на дне моря. Эта концепция применялась в особенности к кремневым желвакам и, конечно, применима к баритовым и марганцевым конкрециям, образующимся в настоящее время на дне морей. Окаменелости, содержащиеся в некоторых конкрециях, в отличие от окаменелостей, присутствующих в матриксе, не разрушены и представлены целыми формами, что дает возможность предположить формирование вмещающего окаменелость конкреционного тела на ранней стадии, т. е. в то время, когда осадки были еще мягкими и неконсолидированными. Они являются диагенетическими. В других случаях прохождение плоскостей напластования через конкреционную структуру без их нарушения на контакте конкреция — матрикс позволяет предполагать, что эти структуры сформировались значительно позже консолидации осадка. Они являются эпигенетическими. Для третьих предполагается постседиментационное происхождение, когда отмечается деформация вмещающей породы в результате роста конкреционного тела, хотя следует обратить внимание на установление различий между этими деформациями и деформациями, вызванными уплотнением матрикса вокруг жесткого инородного тела.

Что определяет размер, число и пространственное размещение конкреций? Их ориентировку и форму? Во многих случаях, например в известковых конкрециях в глинистых сланцах, центр формирования стяжения определяется небольшим органическим телом, таким, например, как лист или раковина. Многие конкреции приобрели известность благодаря прекрасной сохранности ископаемых остатков, как, например, конкреции с окаменелыми растениями и насекомыми из Мезон-Крик, штат Иллинойс. Как отмечалось Уиксом, аммиак, образовавшийся при разложении органического вещества, вероятно, местами вызвал изменение pH, что вызвало отложение карбоната кальция, которое в других условиях было бы невозможным. Распространение кремневых желваков, баритовых роз и тому подобных образований, вероятно, не может быть объяснено таким образом. Было отмечено ритмическое размещение флинтовых желваков в меловых породах мелового возраста. В некоторых разрезах их распространение определяется проницаемостью; более проницаемые пласты содержат конкреции, а в менее проницаемых они отсутствуют. Об ориентировке несферических конкреций известно немного, если не считать того, что они имеют тенденцию к уплощению параллельно напластованию. Колтон отмечал региональную ориентировку длинных осей карбонатных конкреций в девонских отложениях штата Нью-Йорк. Такая ориентировка обусловлена различной проницаемостью, связанной с зернистой структурой породы, контролируемой региональной системой течений, или с ростом стяжений вокруг растительных обломков, которые были ориентированы этой системой течений.

Остается много необъяснимых явлений. Некоторые сегрегации замещают матрикс, другие — нет. Обычно стяжения в карбонатных породах являются телами замещения, а сегрегации глинистых сланцев нет. Некоторые конкреции включают большое количество вмещающей породы, особенно карбонатные конкреции в песчаниках и крупные кристаллические агрегаты кальцита, барита и гипса в песках. С другой стороны, конкреции в глинистых сланцах, по-видимому, не включают большую часть матрикса. Некоторые конкреции являются микрокристаллическими, другие образуются из крупных единичных кристаллов или скоплений кристаллов, а также из радиальных агрегатов. Часть из них является гомогенными, другие — радиальными. Ясно то, что факторы, лежащие в основе этих наблюдений, изучены еще недостаточно.

Многие специальные аспекты происхождения рассматриваются в разделах, посвященных отдельным типам конкреций, а именно: жеодам, септариям и формам «конус в конусе».