КЛАСИФІКАЦІЯ ОСАДОВИХ ПОРІД
Загальні проблеми класифікації осадових утворень. Існуючі принципи класифікації осадових порід. Типи процесів вилучення речовини із шляху міграції: гравітаційне осідання уламків, коагуляція субколоїдів, біогенне вилучення речовини, хемогенна кристалізація з природних розчинів. Класифікація осадових порід за характером провідних процесів їх утворення: кластогенні (теригенні та вулканогенні), колоїдогенні, іонно-біогенні, біогенні, іоногенні (хемогенні).
Загальні проблеми систематики (класифікації)
Перш ніж перейти до характеристики окремих груп осадових порід зупинимося на проблемі їх загальної систематики, або класифікації.
Класифікація – це інструмент пошуку закономірностей серед об’єктів, що розглядаються, це – систематизація та впорядкування знань. При цьому визначальним при виборі тієї чи іншої схеми є рівень наших знань, глибина розуміння тих чи інших фактів, що спостерігаються.
Велике розмаїття процесів і систем, які вивчає будь яка наука, у тому числі й літологія, висуває проблему класифікації на чільне місце. Проте, якщо при класифікації, наприклад, хімічних елементів дискретний принцип систематики є адекватним дискретній природі об’єкту (атоми дискретні – це або кисень, або азот чи фтор – проміжних варіантів не існує), то для природних процесів та породних систем характерною особливістю є їх перманентність та наявність поступових переходів, наприклад: із зміною швидкості потоку змінюється розмір часток , що ним переноситься, а звідси – змінюється гранулометричний склад осадків, а, відповідно, й назва осадової породи, що виникає поспіль, або при поступовій зміні фізико-хімічних параметрів існування тієї чи іншої породи в земній корі може змінюватися й її мінеральний склад, а відповідно, й номенклатурна назва породи. Те ж саме стосується зміни рН, хімічного складу, газової складової та солоності води, в якій формується осадок, або перетворюються породи, зміни текстур та структур під дією літостатичного тиску тощо. А це означає, що використання дискретних понять і термінів при класифікації безперервних об’єктів вносить певний суб’єктивізм у номенклатурні схеми і призводить до деякої втрати інформації (не через недосконалість класифікації, а саме у зв’язку з неперервністю об’єктів). Як наслідок, дослідники часто змушені виділяти таксони чи межі, які не обумовлені природою явища.
Одним з найбільш вживаних та науково обґрунтованих принципів систематики є матричний (табличний). Його класичним прикладом є періодична таблиця Д.І.Менделеєва, яка побудована по двом координатам – періодам (строчки матриці, які відповідають квантовим шарам К, Ь, М, N О, Р, 0 і характеризуються головними квантовими числами – 1, 2, 3, 4, і т.д.) та групам (стовпці матриці, які об’єднують елементи з близькими хімічними властивостями, що пов’язано з будовою зовнішніх квантових шарів). Така систематизація інформації дозволила Д.І.Менделеєву не лише аргументовано пояснити відмінності і подібність властивостей відомих хімічних елементів, а й передбачити існування до тих пір невідомих. Тобто класифікаційні схеми повинні мати ще й елементи наукового прогнозування.
Багаторівневу матричну систематику геологічних об’єктів з деякими допущеннями вдалося застосувати при класифікації магматичних порід, застосувавши на різних рівнях різні матричні показники: БіО2-(К2О+Ка2О); К2О-Ка2О; СаО-(К2О+Ка2О); глибина залягання, уміст породотворних мінералів.
На відміну від магматичних, осадові породи мають полігенне походження складових: і магматичне, і метаморфічне, і осадове, і діагенетичне. До того ж, при їх систематиці неможливо врахувати всі процеси та фактори, що контролюють утворення та перетворення осадків. Наприклад, як можна врахувати в лінійному класифікаційному просторі одночасно десятки чинників: силу тяжіння, густину природних розчинів, процеси коагуляції субколоїдних та колоїдних систем, біогенне вилучення різноманітних з’єднань, кристалізацію речовини з істинних розчинів тощо? Тому стає зрозуміло, чому досі немає загальноприйнятого підходу до класифікації осадових порід.
В останній час паралельно розвивається два підходи до класифікації осадових порід -генетичний та речовинний. Перший, побудований на сучасних дослідженнях процесу осадкоутворення, дозволяє інтерполювати набуті знання про речовинний склад та будову осадку на історичне минуле і на можливий генезис тих чи інших осадових порід. Другий, оснований тільки на речовинному складі порід, використовується більше для технологічних потреб, при прогнозуванні родовищ корисних копалин, а також для виявлення закономірностей вертикальної та горизонтальної змінності порід, а також відповідної зміни їх петрофізичних та хімічних властивостей тощо. У своїй практичній діяльності літологи спочатку також вивчають склад осадових порід і визначають їх номенклатуру, а також можливість їх віднесення до того чи іншого генетичного типу осадків, а потім вже відтворюють палеогеографічні обстановки, що існували на період осадконакопичення і можливі джерела постачання осадочного матеріалу.
Тому узагальнюючі класифікаційні схеми у різний час та на різних рівнях узагальнення використовують практично всю можливу літологічну інформацію про осадки та осадові породи. Їх основою можуть слугувати різні чинники: або генезис осадових порід (Ф.Ю.Левінсон-Лессінг). або склад осадових компонентів (Лучицький, М.С.Швецов, Л.Б.Рухін), або механізм переносу та осадження, а також склад осадових компонентів (Г.І. Теодорович, Ф.Дж.Петтіджон), або механізм диференціації осадової речовини у процесі седиментогенезу (Л.В.Пустовалов), або форма переносу та осадження, а також склад осадових компонентів (У.Х.Твенхофел, Р.С.Безбородов), або інтенсивність процесів ушільнення та зкам’яніння
(Є.П.Брунс),
Характеристика класифікаційних схем Класифікаційна схема Ф.Ю. Левінсон-Лессінга (1934) поділяє всі осадові породи на три групи: 1) протогенні (первинні), 2) дейтерогенні, або уламкові (вторинні), З) регенеровані (метаморфізовані), або дейтеросоматичні (третинні). Пірокластичні породи автором розглядаються разом із магматичними породами.
Класифікаційна схема Лучицького виділяє уламкові, хемогенні та органогенні породи.
Класифікаційна схема В.П.Батуріна (1932) включає п’ять класів з деякими підкласами: 1 клас – уламкові (кластичні породи); 2 клас – зцементовані породи; З клас – гідрогенні породи з підкласами органогенних порід та хімічних порід; 4 клас – пірокластичні породи з трьома підкласми; 4 5лас – динамометаморфічні породи.
Класифікаційна схема М.С.Швецова (1958) передбачила виділення груп: уламкових порід (пірокластичні, нормально-осадові, грубоуламкові, піски та пісковики, алеврити та алевроліти); глинистих порід (глини, аргіліти) ; хімічних та біохімічних порід (алліти, залізні породи, марганцеві породи, кременисті породи, фосфатні породи, солі, каустобіоліти, породи-збирачі цінних елементів, мідисті пісковики).
Класифікаційна схема Л.Б.Рухіна дещо змінила положення деяких груп порід, у зв’язку із чим були виділені: 1) породи пірокластичні, які утворилися в результаті вулканічних вивержень; 2) породи уламкові, що сформовані уламками стійкими до процесів вивітрювання; З) породи глинисті, що складаються із продуктів хімічного розкладання материнських мінералів; 4) породи хімічні та біохімічні, утворені продуктами руйнування материнських порід, що перейшли не тільки у колоїдні, але й істині розчини; 5) каустобіоліти.
Класифікаційна схема Г.І.Теодоровича (1958) включає наступні типи осадків та осадових порід: 1) механічні, або уламкові, осадки та кластогенні породи (псефіти, піски, алеврити, пеліти); 2) біохімічні осадки та біохемогенні породи, що поділені на два підтипи – хемогенні та біохемогенні (карбонатні породи, кременисті породи (частково), хемогенні глини, глауконітові породи, фосфорити, боксити, залізні руди, марганцові руди, самоосадові солі); явно біогенні (вапняки (частково), зоофітогенні породи, силіцити (частково), вугілля); змішані осадки та полігенні породи (з перевагою хемогенного або біохемогенного матеріалу; з перевагою кластичного матеріалу).
Класифікаційна схема осадків Ф.Дж.Петтіджона (1975), користується максимальною популярністю серед західних літологів. За цією схемою виділяються групи: екзогенні породи, що включають кластичні осадки (тілль і тілліти), пірокластичні осадки (туфи), елювій (ґрунти), епікластичні грубі осадки(перемитий елювій- конгломерати і пісковики), епікластичні тонкі осадки (перемитий елювій – глини); ендогенні породи, що включають органічні рештки (вугілля) та хімічно осаджені осадки (фосфорити, евапорити, кремені тощо); змішані осадки (карбонатні, вуглисті глини, туфітові глини тощо).
Визнання того факту, що осадові породи є закономірними утвореннями, продуктами певних природних процесів, є фундаментом для можливості класифікувати осадові породи виходячи з суті цих процесів, тобто відкриває перспективу створення єдиної генетичної класифікації осадових порід.
Нам відомо, що продукти вивітрювання, що виникають при механічному роздробленні і хімічному розкладанні материнських порід, утворюють безперервний ряд за ступенем дисперсності осадової речовини. При цьому виділяються грубо дисперсні, колоїдно-дисперсні та іонно-дисперсні системи.
У природі існує тісна причинна залежність між характером процесів, що призводять до осадження мігруючих продуктів вивітрювання і ступенем дисперсності речовини цих продуктів. Осадження уламкових компонентів, що формують грубодисперсні системи (алеврит, пісок, гравій, галька тощо), здійснюється безпосередньо під впливом сили тяжіння. Осадження продуктів вивітрювання, що створюють мікрогетерогенні і колоїдні системи, контролюється законами колоїдної хімії. Вилучення речовини, що мігрує в іонно-дисперсній формі, відбувається відповідно до положень теорії справжніх розчинів, а також здійснюється в процесі життєдіяльності тварин і рослинних організмів. Тому генетичні класифікації за формою міграції та процесами осадження речовини можуть мати більш об’єктивний характер.
Класифікаційна схема У.Х.Твенхофела (1950). Схема американського літолога У.Х.Твенхофела передбачає виділення двох типів осадків: фізичного осадження (всі уламкові породи від грубо до дрібноуламкових) та хімічного осадження (карбонатні, кременисті, залізисті, вуглисті, евапоріти тощо). Нажаль вона не враховувала роль організмів у цьому процесі та особливості поводження у природних процесах колоїдних та субколоїдних речовин.
Класифікаційна схема Безбородова Р.С. (1989). У відповідності з типом процесів, що формують осадові утворення Р.С.Безбородовим пропонується поділ осадових порід на три генетичні групи: кластогенні породи (грубоуламкові, піщані, алевритові); колоїдогенні породи (глинисті, алліти, фероліти, манганоліти); іоногенні з двома підгрупами – іонно-біогенних порід (фосфорити, кремнисті, карбонатні, каустобіоліти) та евапоритів (сульфатні, хлоридні, борати). Пірокластичні породи розглядаються окремо, як перехідна група між осадовими та магматичними породами. Деяким недоліком цієї схеми є те, що пірокластика є також повноцінними осадовими утвореннями кластогенного походження, а каустобіоліти повинні озглядатися як власне біогенні утворення.
Врахувавши це, загальною генетичною схемою осадових порід за формою міграції та механізмом осадження можна вважати поділ осадків та осадових порід на наступні класи, підкласи та групи (табл.2.1.5):
Клас кластогенних (уламкових) порід, який включає:
=> Теригенно—уламкові, або нормально-уламкові породи, серед яких виділяються грубоуламкові, піщані та алевритові породи.
=> Вулканогенно-кластичні, або пірокластичні породи (туфи, туффіти і туфопороди).
Кластогенні утворення є грубодисперсними продуктами механічного подрібнення материнських порід. Теригенні та вулканогенно-кластичні осадки формуються за рахунок випадання і накопичення уламкових компонентів під впливом сили тяжіння.
Таблиця 2.1.5. Класифікація осадових порід
Клас
Підклас
Група
Кластогенні породи
Теригенно-уламкові
Грубоуламкові
Піщані
Алевритові
Вулканогенно-уламкові (пірокластичні)
Колоїдогенні породи
Колоїдогенні
Глинисті
Іоногенно-колоїдогенні
Алліти
Фероліти
Біогенно-колоїдогенні
Манганоліти
Іоногенні породи
Іонно-біогенні
Фосфорити
Кременисті
Карбонатні
Біогенні
Каустобіоліти
Іоногенні (евапорити)
Сульфатні
Хлоридні
Боратні
Клас колоїдогенних порід включає:
=> Глинисті породи, складені субколоїдними частками глинистих мінералів – продуктів хімічного розкладання і ,частково, механічної руйнації материнських порід (наприклад, більш давніх глинистих товщ). Такі субколоїдні продукти утворюють природні суспензії, тобто системи, дисперсність фази яких наближається до нижньої межі колоїдної розмірності (1-10 мкм, або 0,001- 0,01 мм). Вилучення речовини із шляхів міграції обумовлюється, з одного боку, процесами коагуляції суспензій, з іншого – гравітаційною силою осідання колоїдних частинок у застійних умовах.
== Алліти (глиноземисті породи, або боксити), а також фероліти (залізисті породи) і манганоліти (марганцеві породи) утворюються в результаті переносу металів у розчиненій та колоїдній формах з подальшою коагуляцією колоїдних систем. В останній час з’являються дані про роль залізистих та марганцевих бактерій у формуванні відповідних осадків, проте, масштаби цих процесів поки повністю не з’ясовані.
Клас іоногенних порід включає породи, утворені з продуктів диференціації осадової речовини, що мігрують у зоні осадкоутворення у вищому (іонному) стані дисперсності, тобто у вигляді справжніх розчинів. За ступенем рухливості вони поділяються на три підкласи:
== Іонно-біогенні, що складаються з менше рухливих карбонатів кальцію та магнію, а також з фосфатів і кремнезему. Ці компоненти легко вилучаються із шляхів міграції в результаті життєдіяльності організмів або випадають із розчинів при незначному підвищенні їх концентрації.
= Іоногенні, що складаються із високорухливих компонентів, які кристалізуються із справжніх розчинів тільки в результаті підвищення концентрації (сульфати і хлориди Са, М^, №, К, борати та деякі інші з’єднання). Їх осадження реалізується в умовах жаркого посушливого (арідного) клімату. При цьому формуються поклади гіпсів, ангідритів, кам’яної солі, калійної солі, боратів тощо, які об’єднуються в підклас евапоритів.
== Біогенні, що є скупченнями органічної речовини, породженою винятково діяльністю організмів. Сюди можна віднести торф, горючі сланці, викопне вугілля, нафту тощо.
Надалі, у викладенні матеріалу в даному підручнику, ми будемо дотримуватися цієї
класифікаційної схеми.
Поширенність осадових порід в земній корі.
Роль різноманітних типів осадових порід у будові осадової оболонки землі різна. Більшість усіх осадових товщ ( до 95%) складається лише трьома типами порід: глинистими, уламковими і карбонатними.
Різноманітні автори шляхом вимірів потужностей у відслоненнях досить по-різному оцінюють роль глинистих порід, пісковиків і вапняків в побудові цих товщ (табл.2.1.6).
Таблиця 2.1.6 Поширеність головних типів осадових порід за даними виміру потужностей у розрізах осадових товщ (за Ф. Дж. Петтиджоном, 1975).
Типи
порід
Ш.Шухерт (Зсписпегі, 1931). За даними вивчення палеозойських відкладів Північної Америки, %
Ф. Кюннен (Киеппеп, 1941). За даними вивчення розрізів Індонезії, %
А. Б. Ронов, 1968. За даними вивчення розрізів платформ, %
Глинисті Пісковики Вапняки
44 37 19
57 14 29
49 24 21
Дещо інші дані наводяться авторами, що розраховували теоретичні співвідношення між глинистими породами, пісковиками і вапняками. Цими підрахунками визначалися співвідношення, за якими ці породи теоретично повинні знаходитися в стратисфері, при умові щоб їх пропорційно усереднений хімічний склад, відповідав би середньому хімічному складу материнських магматичних порід, при руйнації (вивітрюванні) яких утворилися всі ці осадові породи (табл. 2.1.7).
Таблиця 2.1.7 Поширеність основних типів осадових порід за даними теоретичних __геохімічних розрахунків (по Ф. Дж. Петтиджону, 1975)_
Типи порід
А. Холмс (Holmes, 1913),
%
Ф. Кларк (Сіагке, 1924),
%
Ф. Викман (\¥ісктап, 1954), %
Глинисті Пісковики Вапняки
70 16 14
80 15 5
83 8 9
Новітні дані вивчення розрізів осадових товщ показують, що роль карбонатних порід у них дещо вища, чим це визначалося більш ранніми дослідженнями. Так, Н. В. Логвиненко вказує, що на Руській платформі об’єм карбонатних порід досягає 55% усіх розрізів осадового чохла, в Уральській геосинкліналі – 30-35%, в Донецькій западині – 28%, у палеозої долини Міссісіпі -44%, у внутрішньому Китаї -55%.
