ПІЩАНІ (ПСАМІТОВІ АБО АРЕПІТОВІ) ПОРОДИ

Класифікація та номенклатура. Мінеральний склад, структури та текстури уламкових порід. Характеристика головних представників псефітів, псамітів та алевритів. Мономінеральні, олігоміктові, мезоміктові та поліміктові породи. Аркози та грауваки.
• Матрикс та цемент уламкових порід. Різні типи цементації, їх структура. Класифікація цементів за складом. Співвідношення між складом цементу та уламками в породі. Походження цементу.
• Діагенетичні та катагенетичні змінення уламкових порід. Мінеральні новоутворення в них та структурні особливості. Вплив діагенетичних та епігенетичних процесів на формування фізико-хімічних властивостей уламкових порід. Оцінка можливого генетичного тлумачення гранулометричного складу та текстур уламкових порід. Значення мінерального складу для цілей стратиграфічної кореляції.
• Значення уламкових порід як корисних копалин. Фізико-механічні та хімічні властивості уламкових осадків та порід. Корисні компоненти хімічного та біогенного походження в уламкових породах. Стратиформні родовища та проблеми генезису.
До середньоуламкових, або піщаних, відносяться осадові породи, які більш ніж на 50% складаються з теригенно-уламкових (алотигенних) зерен, розміри яких становлять 0,05 – 2,0 мм. Геологи різних країн виділяють піщану фракцію дещо в різних розмірних межах. Для означення порід найчастіше використовуються терміни „psammite” або ,,агепіїе”(лат.). Грунти або осадки з відповідною розмірністю часток в англомовній літературі називаються „sand”, у франкомовній – „sable”. Тонкозернисті піщані грунти з уламковими частками розміром 0,05 – 0,1 мм носять назву „microgres”- фр. («мікропісок»).
У складі пісковиків звичайно розрізнюють уламкову, або алотигенну, складову й аутигенний цемент. У залежності від ступеня відсортованості піщаного матеріалу в пісковиках може бути присутнім більш або менш істотна домішка грубих уламків, алевритових часток і глинистої речовини, що дозволило ряду дослідників за прикладом грубоуламкових порід виділити в складі пісковиків матрикс або заповнюючу масу.
Теригенно-уламкова складова піщаних порід
Уламки порід і мінералів, з яких складаються пісковики, утворюються за рахунок дроблення та дезінтеграції магматичних, метаморфічних або більш давніх осадових порід, що складають області вивітрювання. Тому теоретично в складі уламкової частини піщаних порід може бути присутнім будь-який з відомих нам мінералів. Проте, перелік уламкових компонентів, які присутні в скільки-небудь помітних кількостях в уламковій частини пісковиків, досить обмежений. Передусім, серед уламкових зерен пісковиків практично відсутні такі нестійкі в зоні осадкоутворення мінерали магматичних порід, як олівін, піроксени і рогові обманки, а також основні і середні плагіоклази. Як відомо, частота, з якою зустрічаються магматичні мінерали в уламковій частині піщаних порід залежить від положення цих мінералів у відомих рядах Боуена, що характеризують послідовність кристалізації мінералів з магматичного розплаву. Чим пізніше кристалізується мінерал з розплаву, тим стійкіший він в умовах зони осадкоутворення і тим частіше він зустрічається серед уламкових зерен в піщаних породах (мал. 9.9).

Рис. 2.3.5 Ряди послідовності кристалізації мінералів з магматичних розплавів та частота спостерігаємості
цих мінералів в піщаних породах:
1- переважають в багатьох піщаних породах, 2- звичайні в піщаних породах, 3- спостерігаються рідко або у
вигляді окремих зерен, 4- практично не спостерігаються

Переважаючими компонентами уламкової частини піщаних порід є кварц, що часто складає від 50 до 90% і більше всієї уламкової частини, і польові шпати. Серед останніх переважають калієві відміни (мікроклін і ортоклаз), а також плагіоклази, близькі за складом до альбіт-олігоклазу.
Крім кварцу і польових шпатів істотну, а часто переважну роль в уламковій частині піщаних порід відіграють так звані літичні компоненти, або фрагменти (уламки) материнських порід. Серед уламків материнських порід можна виділити три генетичних типи.
Уламки магматичних порід. Частіше за все це уламки вулканічного скла (ізотропні при схрещених ніколях) або основної маси ефузивних порід з характерною гіалопілітовою (андезитовою), трахітовою або фельзитовою структурою.
Уламки метаморфічних порід звичайно представлені фрагментами серицитових або хлоритових сланців, а також кварцитовидними уламками, складеними мозаїчним гранобластовим агрегатом кварцу.
Уламки осадових порід. Серед них особливо характерні фрагменти кременистих порід, представлені тонко- або мікрокристалічною масою халцедону та кварцу, а також уламки алевритово-глинистих і карбонатних порід.
Також серед уламкових зерен піщаних порід у вигляді незначної домішки (звичайно не більше за 0,1%, рідко 1 – 2%) присутні так звані акцесорні мінерали (циркон, титаніт, рутил, турмалін, дістен і ряд інших), про які буде сказано нижче.

Цементи піщаних порід
Цемент уламкових порід, у тому числі пісковиків, створюється аутигенними мінералами, що заповнюють пустоти (пори) між зернами і уламками в породах і які перетворюють сипучу масу уламків (наприклад, пісок) у тверду, каменеподібну породу (пісковик). Цементи порід можуть формуватися при діагенезі або епігенезі (ката- і метагенезі). Поровий простір пісковиків часто буває заповнений частками глинистих або хлоритових мінералів. При діагенезі, й особливо катагенезі і метагенезі, глинисті мінерали з адсорбованим на їх поверхні кремнеземом і гідроокислами заліза, а також хлоритові мінерали піддаються процесам перекристалізації і цементують (скріплюють) уламкові зерна. Найдрібніші кристалики аутигенного кварцу і гідроокисли заліза ще міцніше

зв’язують заповнюючу пори хлоритово-глинисту масу і уламкові зерна в єдину тверду гірську породу – пісковик.

Рис.2.3.6 Типи цементації осадових порід:

1-контактовий; 2- плівковий; 3, 4 – заповнення пор, закритий поровий; 5- базальний; будова цементу: 6 -
крустифікаційна, 7 – регенераційна, 8 – пойкілітова

Вивчення різних пісковиків показало, що найпоширенішими цементами в них є: кременисті (опалові, халцедонові, кварцові); глинисто-кременисті; хлоритово-глинисті; кременисто-хлоритові; кальцитові цементи. Вони різною мірою просякаються гідрооксидами заліза.
Менш поширені сидеритовий, анкеритовий, доломітовий, глауконітовий, фосфатний, шамозитовий і деякі інші види цементів. Іноді відмічаються флюоритовий, гіпсовий, баритовий, цеолітовий цементи. Окремі ділянки порід досить часто цементуються сульфідами (піритом, галенітом, кіновар’ю), самородною міддю.
Кількість цементу в пісковиках може змінюватися в широких межах – від часток процента до 40 – 50%. За співвідношенням уламків і цементу останній може бути віднесений до одного з наступних типів (рис.2.3.6).
Контактовий цемент характерний для сильно пористих порід, оскільки основна частина простору між уламковими зернами залишається вільною, а цемент лише «склеює» зерна там, де вони торкаються один одного, в точках контактів. Кількість цементу незначна – 1 – 3% об’єму породи.
Плівковий цемент покриває тонким шаром (плівкою) всі уламкові зерна; причому значна частина пор між ними залишається вільною. Кількість цементу менша, ніж об’єм пор породи. Зерна цементуються в основному в зоні їх контактів.
Цемент заповнення пор заповнює весь поровий простір породи. Кількість цементу залежить від пористості породи. При щільно упакованих, сильно стиснутих уламкових зернах вона може складати всього 2 – 3%. У породах, що мають високу пористість, кількість цементу цього типу може досягати 25% об’єму породи.
Базальний цемент. Кількість цементу в породі перевищує 25% (його вміст коливається від 25 до 50% об’єму породи). Уламкові зерна при цьому не стикаються один з одним, а як би «плавають» в цементі.
За особливостями будови аутигенних мінералів, що цементують уламкові зерна, виділяються декілька відмін цементу (див. мал. 9.10).
Крустифікаційна будова характерна для плівкового цементу. Кристалик аутигенного мінералу, що складає цемент, розташовуються перпендикулярно поверхні уламкових зерен.
Регенераційна будова спостерігається тоді, коли при однаковому складі уламків і цементу (наприклад, представлених кварцом) уламкові зерна кварцу розростаються за рахунок аутигенного кварцу, наростаючого на них з тією ж оптичною орієнтацією. Звичайно регенераційна будова характерна для цементів типу заповнення пор. Під мікроскопом цемент регенераційної будови впізнається порівняно легко, оскільки кожне уламкове кварцове зерно і навколишній його кварцовий цемент гаснуть одночасно, як єдиний кристал, що пов’язано з єдиною оптичною орієнтацією алотигенного кварцу зерна і аутигенного кварцу цементу. Первинні контури уламкових зерен при цьому часто зберігаються як би “законсервованими” у вигляді слабких крапкових контурів (“фантом”), утворених глинистою плівкою, яка була колись на поверхні зерен, або гідроокислами заліза і іншими утвореннями.
Пойкілітова будова звичайно спостерігається у цементів, представлених аутигенними мінералами, що утворюють великі кристали (кальцит, гіпс, барит тощо), які включають в себе відразу декілька уламкових зерен. Останні виявляються зануреними в монокристалічний цемент, який при обертанні столику мікроскопу погасає великими полями.
Багато цементів уламкових порід, внаслідок низького інтерференційного забарвлення мінеральної речовини (низького двопереломлення) і високого ступеню її дисперсності або колоїдної природи (наприклад, цементи, представлені істотно глинистою, хлоритовою, фосфатною або опаловою масою і деякі інші) можуть практично не впливати на поляризоване світло і в схрещених ніколях видаються ізотропними.
Кристалічні цементи характеризуються різними структурами в залежності від розмірів кристалів аутигенного мінералу (табл. 2.3.6). Як правило, цемент мікрокристалічної структури (наприклад, кальцитовий) оцінюється як такий, що сформувався в процесі седиментогенезу, тобто осадконакопичення.

Таблиця 2.3.6 Структури кристалічних цементів

Назва цементу по структурі

Розмір кристалів цементу, мм

Мікрокристалічний

Менше 0,05

Тонко кристалічний

0,05 – 0,1

Дрібнокристалічний

0,1 – 0,25

Середньо кристалічний

0,25 – 0,5

Крупно кристалічний