Осадочные породы классифицируются по происхождению и условиям образования.

По происхождению выделяют следующие генетические типы осадочных пород: механические осадки (обломочные горные породы), химические осадки, органогенные осадки, пирокластические осадки.

Осадочные породы обломочного происхождения представляют собой продукты механического разрушения горных пород, накапливающиеся и сохраняющиеся в рыхлом или сцементированном состоянии.

По величине обломков различают такие фракции зернового (гранулометрического) состава обломочных пород: грубообломочная - величина обломка и зёрен от 2 и более мм; среднеобломочная (песчаная) – от 0,05 до 2мм; мелкообломочная (пылеватая) – от 0,001до 0,05мм; тонкообломочная (физическая глина) – менее 0,001мм.

В зависимости от гранулометрического состава обломочные породы подразделяются (таблица 2):

Грубообломочные породы – обломки более 2мм в диаметре (гравий, щебень, галечник или сцементированные разности (брекчии, гравелиты, конгломераты);

Песчаные породы – зёрна диаметром 0,05…0,2мм (пески, песчаники – рисунок 53, 54, 55, 56);

Рисунок 53 – Песчаник Рисунок 54 – Песчаник медистый

Рисунок 55 – Песчаники Рисунок 56 – Песчаник ожелезнённый

Глинистые породы – частицы менее 0,05мм в диаметре, т. е. пылеватые и глинистые частицы (супеси, суглинки, глины);

Обломочные породы смешанного состава (гравелистые пески, валунники, супеси, суглинки, глины).

Таблица 2 – Классификация обломочных осадочных пород

Размер обломков, мм			Обломочные породы			Фракции по ГОСТ
	углова-тые	окатан-ные		сцементированные из частиц
				углова-тых	окатан-ных
			Грубообло-мочные		Конгло-мераты	Валунная (каменистая)
		Галечник				Галечнико-вая (щебенис-тая)
						Гравийная (дресвяная)
	Песчаные		Песчаные		Песча-ники	Песчаная
	Пылеватые		Пылеватые		Алевро-литы	Пылеватая
Менее 0,005	Глинистые		Глинистые		Аргил-литы	Глинистая

Осадочные породы химического происхождения образуются при осаждении минерального вещества из истинных и коллоидных растворов. Осаждение происходит в лагунах, реже пресноводных озёрах или у мест выхода подземных вод на поверхность.

Органогенные осадочные породы слагаются из скелетных остатков организмов. Различают: зоогенные осадочные породы, слагающиеся из скелетных частей животных организмов (известняки, кремнистые породы), фитогенные, состоящие из остатков растительного происхождения (уголь, некоторые известняки и другие) и смешанные (зоофитогенные) из остатков животного и растительного происхождения. Поскольку процессы химического и органогенного осаждения минеральных веществ протекают одновременно, то образующиеся породы объединяют в одну группу.

Пирокластические породы образуются путём осаждения твёрдых продуктов вулканических извержений – вулканического пепла, лапиллей, бомб. Минеральное вещество пирокластических пород магматического происхождения, а способ образования осадочный (вулканические туфы – рисунок 57, туфобрекчии и другие).

Рисунок 57 – Вулканический туф

В зависимости от условий образования осадочные породы объединяются в фациальные группы:

Континентальные фации – отложения болот, рек, озёр, ледниковые, пустынь, горных склонов;

Морские фации – формируются в зоне прибоя, в шельфовой полосе на материковом склоне и в глубоководных частях океана;

Лагунные фации, включающие соленосные, угленосные и другие отложения лагун.

Фациальные условия оказывают значительное влияние на состав, строение, сложение и условия формы залегания осадочной породы.

Структура (строение) осадочных горных пород определяется их гранулометрическим составом, взаимным расположением и способом скрепления частиц.

Различают типы структур:

Обломочные (сцементированные или несцементированные) свойственные грубо-, средне- и мелкообломочным горным породам;

Алевритовые и пелитовые, характерные для тонкообломочных пород пылевато-глинистых);

Кристаллически-зернистые присущи многим химическим осадочным породам и подразделяются на – яснозернистые (диаметр зёрен более 0,1 м), тонкозернистые (диаметр 0,1 - 0,01 мм), микрозернистые и скрытозернистые (диаметр ≤0,01 мм - оолитовая, органогенная, органогенно-детритусовая).

В осадочных породах различают типы цемента:

Базальтовый, когда обломочный материал заключён в массу цементирующего вещества, а зёрна не соприкасаются друг с другом;

Контактный – цементация наблюдается в местах соприкосновения зёрен;

Цемент выполнения – когда цемент выполняет промежутки между соприкасающимися минеральными зёрнами;

Смешанный – сочетающий два или несколько типов цемента.

В зависимости от состава цементирующего вещества выделяют известковые, гипсовые, кремнистые, железистые, глинисто-известняковые песчаники, конгломераты, брекчии.

Структура осадочных горных пород характеризуется величиной обломков, слагающих породу, а у химических осадков - величиной кристаллов. Породы крупнокристаллические состоят из кристаллов размером более 1мм, среднекристаллические - 1,0…0,1мм, скрытокристаллические - 0,1…0,01мм, пелитоморфные - меньше 0,01мм. Осадочные горные породы, состоящие из хорошо сохранившихся скелетов организмов, имеют биоморфную структуру; из обломков скелетов - детритусовую

К структурным характеристикам относятся скважность (пористость) осадочных пород. Различают пористость грубую, крупную, мелкую, тонкую (глины).

Пористость может быть первичной (возникает при формировании самой породы – межзерновая пористость), вторичная – появляется в сформировавшейся породе (при выщелачивании легкорастворимых минералов). Поры бывают мелкие, крупные и в виде каверн. Общая пористость суглинков может составлять 40…50%, песков – 35…40%. Поры могут быть заполнены водой, газом, органическим материалом.

Текстура (сложение) осадочной породы обычно слоистая; реже наблюдается беспорядочное сложение (когда зёрна минералов располагаются хаотично). Под слоистостью понимают сложение осадочных пород, выраженное в многократной смене прослойков, отличающихся друг от друга по зерновому и минеральному составу, распределению минеральных составляющих, по окраске и другим признакам.

Слоистость (рисунок 58, 59, 60) бывает параллельной, косой и диагональной. Иногда она бывает ритмичной, когда отдельные прослои ритмично повторяются в определённой последовательности.

Формы залегания осадочных пород (рисунок 61). Осадочные породы чаще всего залегают в виде пластов (слоёв) – плитообразных минеральных тел, ограниченных параллельными поверхностями – плоскостями напластований, которые образуются в процессе периодического накопления осадков в водной среде и на поверхности материнских пород.

Рисунок 58 - Основные типы слоистости осадочных пород:

а - горизонтальная; б, д - косые; в - параллельная; г - линзовая;

е - диагональная; ж - волнистая

Рисунок 59 – Разновидности косой слоистости

1 - диагональная (косвенная); 2 - перекрестная; 3 - речной тип косой слоистости (сечение по течению реки); 4 - косая слоистость потоков с непостоянным положением русла (сечение перпендикулярно направлению течения)

Напластования отделяют пласт от подстилающего и покрывающего слоёв. Нижняя граничащая поверхность пласта называется ложе, верхняя – кровлей пласта, а расстояние между ними – мощностью пласта (слоя). В составе слоя может наблюдаться микрослоистость, отражающая осадконакопление в различные времена года. Она характерна для озёрных и речных отложений. В слое горной породы могут быть тонкие слои других пород, называемые прослоями (в слое песка тонкий прослой глины).

Рисунок 60 - Разновидности слоистых толщ осадочных пород:

а - нормальная; б - косая; в - перекрестная; 1 - песок; 2 - глина; 3 - глина опесчаненная; 4 -границы трансгрессии; 5 - известняк; 6 - аргиллит;

7 - доломит; 8 - иловатая глина

Рисунок 61 – Формы залегания осадочных пород: а, б - горизонтальное; в - выклинивание пластов; г, д - линзовидное; е - моноклинальное;

ж - складчатое, волнистое; 1, 2, 3 - пласты; 4 - прослойки в пласте;

5, 6 - выклинивающие пласты; 7 - линзы

Мощность пластов относительно постоянна, но может быть изменчивой, непостоянной. В этом случае наблюдается явления раздува – резкого увеличение пласта и пережима – резкого местного уменьшения мощности пласта.

Постоянное уменьшение пласта вплоть до его исчезновения называется выклиниванием пласта. Постоянная мощность пласта характерна для толщ морских осадочных пород (до сотен и тысяч метров). Континентальные отложения четвертичной системы залегают непосредственно под слоем почвы, имеют относительно небольшую мощность (10…50м), и отличаются частыми раздувами и пережимами, и для них характерны линзовидные и гнёздообразные формы залегания. Комплекс слоёв, объединённых сходством состава или возраста, или один слой значительной мощности, называют толщей.

Линзы и линзовидные залежи - пласты, которые выклиниваются во всех направлениях, образуя тела ограниченного по площади распространения. Характерны для озёрных, речных и лагунных фаций.

Гнездом или карманом называют такие неправильные формы залегания осадочных пород, которые отличаются быстрым выклиниванием на коротких расстояниях. Характерны для ледниковых отложений и для образований коры выветривания.

Осадочные породы могут залегать куполообразными (известняки коралловых рифов) или штокообразными формами (соли, гипс). При последовательном наслоении минеральных масс слои сменяют друг друга в соответствии с эволюцией органического мира. Такое залегание толщ называется согласным.

Рисунок 62 - Типы несогласий в залегании горных пород

1 - стратиграфическое несогласие (перерыв в осадконакоплении с размывом поверхности горных пород, отложенных до перерыва); 2 и 3 - угловое несогласие (сочетание дислоцированных пород с более молодыми недислоцированными); 4 и 5 - угловое несогласие (сочетание двух толщ, дислоцированных с различной степенью интенсивности); 6 и 7 - угловое несо-гласие (сочетание двух различно дислоцированных толщ с третьей, залегающей горизонтально); 8 - тектоническое несогласие (сочетание различно дислоцированных толщ по разлому); АБ - линия разлома

Когда образование слоёв имеет перерыв и древняя толща размывается, прежде чем отложилась молодая и нарушается соответствие непрерывности смены органических остатков, такое отложение называется несогласием (рисунок 62). Несогласия, обусловленные тектоническими движениями земной коры, представляют собой молодые напластования, залегающие с угловым несогласием относительно подстилающей древней толщи.

https://planete-zemlya.ru/wp-content/upLoads/2013/06/2/image010.jpg" align="left hspace=12" width="260" height="194">Брекчия. Брекчия состоит из разнокалиберных угловатых обломков пород, перемещенных на минимальное расстояние от их изначального местонахождения. Включают в себя сцементированную осыпь, или делювий, и обломки после извержения вулкана или обвалов известняковых пещер.

Граувакка (серая вакка). Граувакка состоит из разнокалиберных фрагментов горных пород или минералов. Они имеют различные размеры (от крупных до мелких) и могут быть как угловатой, так и угловато-округлой формы. Они залегают вокруг активных вулканических поясов и цементируются глиной, которая придает данной породе серый или зеленоватый оттенок.

Железная руда. Самой древней осадочной породой, которой около 3 млрд лет, является джеспилит – железная руда, образовавшаяся в виде пластов на дне мирового океана. Она представляет собой очень твердый красный песчаник, частички которого сцементированы оксидом железа.

Уголь. Уголь образуется из остатков растений, накопившихся в застойной, бедной кислородом среде болот. Органический материал трансформируется из торфа сначала в бурый уголь, затем в каменный уголь и далее в антрацит по мере, того как уплотняется и обезвоживается. Это увеличивает его энергоемкость.

По отполированным срезам осадочных горных пород можно многое узнать о составляющих их частичках (из чего состоят, насколько далеко были перемещены от места первоначального залегания, состав и время образования цемента).

Виды несогласных напластований. Разрывы в геологической колонке, . во время которых не происходило образование пород или же горные породы были уничтожены эрозией, называются несогласными напластованиями, или просто несогласиями.

После формирования пластов горной породы происходит перерыв в осадкона-коплении из-за их подъема выше уровня моря и последующей эрозии старых пластов. И только затем сверху формируются новые слои. Осадочные горные породы формируются на старой, подвергнувшейся эрозии поверхности вулканических или метаморфических горных пород.

Более древние горные породы поднимаются вверх и собираются в складки или же изменяется угол их наклона. Эти породы подвергаются эрозии еще до того, как на их поверхности формируются новые пласты.

Более молодые горные породы с перерывом в осадконакоплении залегают параллельно старым под ними. В микроскоп видны мельчайшие детали песчаника, представляющего собой хорошо сцементированную структуру из угловатых частиц.

Окаменелые отметины в виде ряби – точно такой же процесс, какой мы можем наблюдать и в наше время на пляжах. На фоне основной массы хорошо видны белые ископаемые остатки древнего рифообразующего коралла.

Горные породы являются природной совокупностью минералов постоянного минералогического состава, непрерывно образующей в земной коре самостоятельное тело.

Все они делятся на 3 группы по происхождению: магматические (интрузивные и эффузивные), метаморфические и осадочные. Метаморфические и магматические слагают примерно 90% от объёма земной коры, но они не слишком распространены на поверхности материков. Остальные 10% занимают осадочные горные породы (ОГП), покрывающие 75% площади поверхности земли.

Осадочные горные породы

Этот вид горных пород на земной поверхности, а также вблизи нее образуется в условиях низких давлений и температур вследствие преобразований континентальных и морских осадков. Осадочные горные породы по способу образования подразделяются на 3 генетические группы:

• обломочные (конгломераты, пески, алевриты, брекчии) – это грубые продукты, образовавшиеся в результате механического разрушения материнских пород;
• глинистые – дисперсные продукты химического глубокого преобразования алюмосиликатных и силикатных минералов материнских пород, которые со временем перешли в новые минеральные виды;
• биохемогенные, органогенные и хемогенные породы – продукты осаждения из растворов, при участии различных организмов, накоплений органических веществ либо продуктов жизнедеятельности различных организмов.

Промежуточное положение между вулканическими и осадочными породами занимает целая группа эффузивно-осадочных пород, а между основными группами ОГП наблюдаются переходы, возникающие при смешивании материалов разного генезиса. Характерной особенностью ОГП, связанной с их образованием, является их слоистость, а также залегание в виде правильных геометрических пластов.

Состав осадочных горных пород

ОГП состоят из разных по происхождению и минеральному составу компонентов, что отражает множественность источников происхождения осадконакопления и полистадийность породообразования. Порода – это сложнейшее единство образовавшихся в разное время разнородных составных частей. К ним относятся реликтовые или обломочные минералы, обломки материнской породы, различные продукты разложения первичных минералов, экзогенные новообразования, которые возникли в результате осаждения соединений из коллоидных и истинных растворов, продукты диагенеза, катагенеза и метагенеза.

В составе ОГП выделяются хемогенные, терригенные, космогенные, вулканогенные и биогенные вещественно-генетические составляющие, которые объединяются в две большие группы: аутигенные и аллотигенные компоненты.

Аутигенные – возникают на месте в породе либо в осадках на разных стадиях изменения, образования или разрушения пород. Они отражают физические и химические условия осадконакопления. В образованиях осадочного типа свыше 200 аутигенных минералов: хлориты, соли, сульфаты, глауконит, оксиды и гидроксиды железа, алюминия, марганца и др.; минералы кремнезема, железа, глин, фосфаты, сульфиды, карбонаты и многие другие.

Аллотигенные – это компоненты, к которым относится материал, привнесенный из любых других областей и помещенный в бассейн осадконакопления в качестве источника питания. В основном это терригенный или обломочный материал, а также пирокластические, космогенные или вулканические компоненты. Известно более 240 аллотигенных минералов и огромное число обломков различных пород.

Свойства основных осадочных горных пород

К основным осадочным горным породам относятся: известняк и его разновидности, песчаник и доломит.

Известняк – главным образом состоит из углекислого кальция с примесью углекислого магния, глинистых, железистых и других включений. Свойства известняков разнообразны и зависят от их текстуры, структуры и состава. Обладают высокой прочностью на сжатие (от 900 до 1500 кгс/см 2).

Песчаник – состоит из зерен минералов, сцементированных природными веществами. Прочность в пределах 600-2600 кгс/см 2 , в зависимости от наличия примесей и цементирующего вещества.

Доломит – состоит из минерала доломита, близок по свойствам плотным известнякам.

Осадочные горные породы

Осадочные породы слагают самые верхние слои земной кроры, покры­вая своеобразным чехлом магматические и метаморфические горные по­роды. Несмотря на то, что осадочные породы составляют всего 5 % земной коры, земная поверхность на 75 % своей площади покрыта именно ими. Строительство производится в основном на осадочных поро­дах. Поэтому осадочным породам инженерная геология уделяет особое внимание.

Образование осадочных горных пород связано с экзогенными процессами, протекающими на поверхности земли и в гидросфере.

Инженерно-геологические свойства осадочных горных пород нахо­дятся в непосредственной зависимости от особенностей их состава, строения и состояния. Эти свойства складываются в результате литогенеза – совокупности геологических процессов, определяющих современный состав, строение, состояние и свойства осадочных горных пород.

Процессы литогенеза условно подразделяют на ряд стадий:

– гипергенез (выветривание) – разрушение пород, образование новых минералов, обломков минералов и пород, коллоидных и истинных растворов;

– седиментогенез (стадия образования осадка) – перенос ветром, водами, льдами, организмами и отложение материала;

– диагенез – превращение осадка в осадочную породу в процессе уплотнения и физико-химического уравновешивания среды;

– катагенез – начальные изменения осадочной породы под влиянием возрастающих температур и давления, иногда под воздействием водных растворов и газов;

– метагенез – глубокие изменения осадочной породы (образование метаморфизированных осадочных пород) – начальная стадия метаморфизма;

– и снова гипергенез – дезинтеграция образовавшихся пород при изменении условий (поднятия осадочной толщи), т.е. переход к литогенезу новой осадочной породы.

Осадочные породы приобретают ряд особенностей, которые проявляются в составе, структурах, слоистости, пористости, в содержании органических остатков и в зависимости от климата.

Минеральный и химический состав осадочных горных пород представляет алюмосиликаты, карбонаты, оксиды, сульфаты и др.

Структуры разнообразны: обломочные, брекчиевидные и др. Большей частью осадочные горные породы имеют высокую пористость.

Многие из них имеют высокую слоистость и залегают пластами , которые обычно ограничены с двух сторон четко выраженными поверхностями (плоскостями ) напластования. Верхнюю плоскость называют кровлей , нижнюю – подошвой, а расстояние между ними – мощностью слоя (пласта).

Наибольшей мощностью пластов обладают морские отложения (до сотен и даже тысяч метров). Континентальные образования четвертичной системы, залегающие непосредственно под слоем почвы, имеют небольшую мощность – 10…50 м.

Комплекс слоев, объединенных сходством состава или возраста, или один слой, но значительной мощности нередко называют толщей. Слои образуются в процессе накопления осадков в морях, озерах, долинах рек. Это обусловливает образование слоев различной формы как по размеру в плане, так и по очертаниям по вертикали. Наиболее обычным является нормальный слой, для которого характерна сравнительно большая мощность и протяженность, параллельность кровли подошве. Для континентальных отложений характерны также линзы – слои, занимающие малые площади с вклиниванием мощности к краям слоя, и выклинивающиеся слои, мощности которых уменьшаются в одну сторону.

Важное практическое значение для инженерной геологии представляет сочетание слоев (рис.. При согласном залегании слои лежат параллельно друг другу, чаще всего они характерны равнинам. В других случаях за счет тектонических движений земной коры возникает несогласное залегание слов. Одна группа слоев при этом залегает не параллельно другой группе.

Формы залегания слоев в осадочных горных породах: 1 – нормальные слои. 2 – линза глины в песке. 3 – выклинивван6ие галечника в песке. 4 – несогласное залегание слоев. 5 – кровля слоев. 6 – ложе. h – мощность слоя

Климатические условия значительно влияют на состав и свойства осадочных горных пород. В пустынях образуются породы обломочного характера, в замкнутых бассейнах накапливаются отложения солей. Породы тропиков обладают красноватой окраской, холодному климату свойственны серые тона.

Осадочные породы принято подразделять на три основные группы: обломочные, хемогенные и органогенные. Деление это условное, так как многие породы имеют смешанное происхождение.

Обломочные породы . Обломочные горные породы являются наиболее распространенными в осадочных породах. Они представляют собой рыхлые или сцементированные механические осадки. Классификация обломочных пород основана на величине обломков (табл.). Примерный разрез обнажения горных пород приведен на рис. 9.

Обнажение горных пород: Слой 1 – суглинки светло-коричневого цвета, плотные, с призматической отдельностью. Слой 2 – Суглинки красно-бурого цвета с включением валунов и галек кристаллических и метаморфических пород, беспорядочно разбросанных в толще суглинков. Слоистости не наблюдается. Слой 3 – Пески кварцевые светло-коричневого цвета, мелко- и среднезернистые, местам ожелезненные с четко выраженной косой и диагональной слоистостью. Слой 4 – Галечник с грубой зернистостью. В состав входят кристаллические породы (гранит, сиенит, гнейс, кварцит) и кварц. Слой 5 – Пески кварцевые, грубозернистые, желто-бурого цвета, влажные, с горизонтальной слоистостью. Слой 6 – Глины черные, сильнослюдистые, влажные, пластичные, с редкими включениями фосфоритов

Классификация обломочных пород

К глинистым грунтам относятся породы, у которых содержание глинистых частиц превышает 3 %. Эти грунты имеют пластинчатую форму, обладают хорошо выраженными пластическими свойствами и способностью к набуханию в воде. По петрографии глинистые грунты можно разделить на глины, суглинки и супеси. Глины содержат глинистых частиц более 30 % и могут достигать 60 %. Суглинки содержат глинистых частиц 10…30 %. В супесях глинистых частиц содержится 3…10 %. В песках содержание глины не превышает 3 %. Породы, состоящие из гальки и гравия, отличаются значительной водопроницаемостью и практически несжимаемы.

Хемогенные породы . Подавляющее количество хемогенных пород образуются на дне водных бассейнов, обладающих в условиях сухого климата повышенной концентрацией солей. К ним относятся известняки, известковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др. Каменная соль является наибольшей растворимостью в воде. Гипс и ангидрит относятся с среднерастворимым породам. Менее всего растворимостью обладают доломит и известняк. Несмотря на малую растворимость хемогенных пород вода способна образовывать в их толщах большие каверны и пещеры. Эти образования называются карстовыми и могут достигать больших размеров (длиной на многие километры). Наиболее распространенными хемогенными породами являются известняки, главной составляющей которых является кальцит. Известковые туфы образуются в местах выхода родников. Вода, выходя на поверхность, теряет часть СО 2 , что сопровождается уменьшением растворимости СаСО 3 и его выпадением в виде пористой ноздреватой породы, не обладающей слоистостью. Доломиты являются мономинеральной горной породой. Сульфаты (гипс и ангидрит) также являются мономинеральными горными породами и обладают свойствами соответствующих минералов.

Органогенные породы образовались в результате накопления остатков живых организмов и растений. Они делятся на две группы: зоогенные (известняк-ракушечник, мел и др.) и фитогенные (диатомит, трепел, опока, торф, асфальты). Известняк-ракушечник наиболее распространен в Европейской части России. В его составе преобладает СаСО 3 . Мел также состоит в основном из СаСО 3 . Он образовался из панцирей корненожек. Под действием воды мел способен растворяться. В сухом состоянии может быть неплохим основанием сооружений. Диатомит является фитогенной породой, содержащей до 95 % кремнезема. Трепел отличается от диатомита малым содержанием неизмененных органических остатков. Опока является кремнистой породой, содержащей до 10 % панцирей водорослей и остатков организмов с примесью глины. Также может служить основанием для сооружений.

Осадочные породы определяются как геологические тела, образовавшиеся и существуюшие в термодинамических условиях верхней части литосферы путем преобразования скоплений продуктов выветривания, жизнедеятельности организмов, материала вулканических извержений, заимствованного из атмосферы, биосферы, космоса.

В определении понятия «осадочная порода» вкладывается представление об источнике осадочного материала, способах его происхождения, условиях накопления и ьытия.

Как правило, осадки, из которых образуются осадочные породы, представляют собой рыхлый материал, накапливающийся на поверхности Земли и водных бассейнах (океаны, озера, моря) зона осадкообразования включает в себя гидросферу Земли, нижнюю часть атмосферы и верхнюю часть литосферы. Но осадки это лишь исходный материал для образования осадочных толщ.

Породообразование процесс длительный состоящий из нескольких этапов. Общая упрощенная схема образования осадочных пород приведена ниже.

Исходные продукты возникают в процессе выветривания кристаллических и других пород, поступают в сферу осадконакопления при вулканических извержениях, в результате техногенеза. Продукты выветривания под действием биологических, атмосферных агентов и водные компоненты образуют грубодисперсные (обломочные) системы, взвеси, суспензии, коллоидные, истинные растворы и вовлекаются в перемещение – транспортировку. Перемещение исходного вещества по поверхности Земли происходит под действием воды, ветра, льда, гравитации, живых организмов, а в последнее время и человека. Транспортировка завершается осаждением переносимого материала с образованием осадка. Стадия переноса и осаждения вещества называется стадией седиментогенеза, или просто седиментогенезом.

Седиментогенез это сложное явление. Оно включает механическую, химическую дифференциацию и интеграцию продуктов выветривания в процессе переноса и осаждения, образование и разрушение коллоидных и ионных систем. Источником вещества при образовании осадка могут быть продукты эксплозивной и экструзивной вулканической деятельности, подводного и надводного вулканизма, соединения, элементы, попадающие на поверхность и в приповерхностную зону при хозяйственной деятельности человека (техногенез), а также из космоса.

Накопившиеся осадки обычно еще не являются горной породой. Рыхлый иногда полужидкий осадок в стадию диагенеза превращается в уплотненную структурированную осадочную породу. Диагенез включает значительную группу процессов преобразования осадочного материала, сочетание и содержание которых зависит от условий осадконакопления, параметров и типа обстановки седиментации. Основные процессы диагенеза: уплотнение породы, удаление воды, старение коллоидов, разложение неустойчивых минералов, синтезирование новых, перераспределение вещества в процессе породообразования.

Седиментогенез и диагенез по Н. М. Страхову составляют содержание литогенез. Литогенез определяется совместным действием таких факторов, как климат, рельеф, геотектонический режим территории, космический, техногенный факторы, и протеканием в разнообразных природных обстановках. Действие этих факторов определяет тип литогенеза.

Н. М. Страхов на 1-ое место ставит климатический фактор и выделяет нивальный, аридный, гумидный типы литогенеза. Четвертый тип литогенеза, эффузивно-осадочный, выделен Н. М. Страховым по источнику вещества для образования породы. Им же в 1976 г. обосновано обособление океанического типа литогенеза.

По завершению стадии литогенеза сформированная осадочная порода подвергается последующим преобразованиям, составляющим содержание стадий катагенеза и метагенеза.

Относительно наименований и содержания этих стадий в литературе нет однозначного мнения. Катагенез большинством литологов понимается как стадия существования сформированной горной породы после завершения диагенеза, но до начала метаморфизма. Это совокупность физико-химических процессов, протекающих в условиях низких температур и давлений обычно при участии водной составляющей покрова. В стадии катагенеза в цементе пристутствуют глины, отмечается высокая пористость, сохраняются первичные структуры и текстуры.

Метагенез по Н. М. Страхову, Н. Б. Вассоевичу объединяет совокупность процессов начального метаморфизма в нижней части стратисферы с перекристаллизацией минеральных составляющих и со значительным увеличением степени литификации пород. Стадия характеризуется массовым растворением обломочных зерен , полевых шпатов, обломков горных пород, гидрослюдизацией и хлоритизацией глинистого вещества, перекристаллизацией пелитоморфных и зернистых карбонатов и т.п. Заметно уменьшается пористость до 3-5%. Появляются конформные, регенерационные структуры в перекристаллизованных известняках.

Вещественно-генетические составляющие осадочных пород

Осадочные породы состоят из разных по минеральному составу и происхождению составных частей – компонентов. Это отражает множественность источников осадконакопления и полистадийность породообразования. По М. С. Швецову порода – это сложное единство разнородных и образовавшихся в разное время составных частей. К ним относятся реликтовые (обломочные) минералы, неизменные обломки материнской породы, продукты разложения первичных минералов (из группы глин, слюд и др.), экзогенные новообразования, возникшие за счет осаждения соединений из истинных и коллоидных растворов, продукты диагенеза (фосфориты, сульфиды металлов, карбонатные стяжения и пр.), катагенеза (окислы, самородные элементы, сульфиды), метагенеза (кварц, гидрослюда и пр.). В составе осадочных пород выделяются терригенные, хемогенные, вулканогенные, космогенные, и биогенные вещественно-генетические составляющие. Они главным образом объединяются в 2 большие группы – аллотигенные и аутигенные компоненты.

К аллотигенным компонентам относятся материал, привнесенный из других областей, поставляемый в бассейн осадконакопления источником питания. После переноса путем волочения или в виде механической взвеси в результате осаждения переходит в осадок. Это, в основном, обломочный или терригенный материал, а также вулканогенные, или пирокластические, космогенные компоненты. Аллотигенный материал поступает с суши и частично – за счет продуктов перемыва осадков дна бассейна. Известно более 200 аллотигенных минералов и значительное число обломков разных пород. Аллотигенными обычно являются наиболее устойчивые к гипергенному воздействию минералы: кварц, ставролит, полевые шпаты, дистен, силлиманит, циркон, а также обломки горных пород и др. В зависимости от степени механической обработки аллотигенные минералы присутствуют в породе в виде окатанных до почти сферических, угловато-окатанных (со сглаженными углами) и неокатанных обломков. Форма и степень окатанности, а также размеры и состав зерен, их сортированность по размерам и составу – важный источник информации об области сноса, ее близости, удаленности, ландшафтно-климатических особенностях, вещественном составе материнских пород. К группе аллотигенных компонентов относится вулканогенный, или пирокластический, материал: частицы пепла, обломки лавы и другие продукты вулканических извержений, а также частицы космической пыли, в частности глобули никелистого железа, присутствующие в глубоководных океанических осадках.

Аутигенные компоненты возникают на месте в осадках или в породе на разных стадиях образования, изменения, или разрушения осадочных пород. Отражают физико-химические условия осадконакопления. В осадочных образованиях описано свыше 200 аутигенных минералов: сульфаты, соли, хлориты, глауконит, гидроксиды и оксиды железа, марганца, алюминия и др.; минералы кремнезема, глин, фосфаты, карбонаты, сульфиды железа, свинца, цинка, меди, самородные элементы и др.

Аутигенная природа минералов определяется по ряду признаков:

• -идиоморфности кристаллов в порах и пустотах;
• гипидоморфной структуре зерен и малым размерам в случае их присутствия в основной массе хемогенных и в цементе обломочных пород;
• сферолитовому, оолитовому строению;
• наличию коллоидных и метаколлоидных структур;
• выполнению и выстиланию пор и пустот;
• перемежаемости с другими аутигенными минералами;
• замещению обломочных зерен.

В зависимости от того, с какой стадией образования, либо изменения породы, связаны аутигенные минералы, они подразделяются на ряд групп: седиментационные, элювиальные, диагенетические, катагенетические и метагенетические.

Седиментационные аутигенные минералы слагают кальцитовые, фосфатные раковинки и другие скелетные части различных организмов образуют пласты гипса, ангидрита, солей, кремнистых, карбонатных пород, фосфоритов, оксидов и гидроксидов железа, марганца.

Наиболее значим в отношении аутигенного минералообразования формированием рудных скоплений химический элювий, включающий новообразования кор выветривания, в частности латеритных, с гидратами окислов марганца, железа, алюминия, карбонатов, кремневого вещества, глинистых минералов – смектитов, гидрослюд, хлоритов, солей. Аутигенная минерализация представляет собой результат физико-химических процессов, лежащих в основе взаимодействия выветривающей породы с газами атмосферы, просачивающимися дождевыми водами, капиллярного поднятия жидкости (инсоляция).

В эту же группу В. Т. Фролов относит продукты гальмиролиза – шамозиты, цеолиты, смектиты, фосфориты и др. и биоэллювий почв – гидрослюд, каолина, окислов железа, сидериты, карбонаты.

Диагенетические минералы образуются в стадии диагенеза, т.е. в период уплотнения осадка и превращения его в породу. Это разнообразные карбонаты, сульфиды, дисульфиды, фосфаты, хлориты, углефицированная растительная органика. Образуют конкреции, стяжения различной формы и размеров, цемент осадочных пород.

Катагенетические и метагенетические аутигенные минералы образуются в течение всего времени существования и изменения осадочных пород в литосфере, до превращения их в породы метаморфические. Неоднозначность трактовки терминов катагенез и метагенез не позволяет рассмотреть эти группы аутигенных минеральных новообразований более подробно. Тем не менее, у них есть существенные отличия.

Минералы катагенетической группы возникают в условиях более интенсивной динамики вод, нежели это характерно для области преобразований стадии метагенеза. Поэтому к катагенетическим можно отнести большую группу минералов, связанных с действием гидрогенного фактора, с различными видами движения вод. Это оксиды, гидрооксиды железа, марганца, ванадия, карбонаты разного состава, силикаты, в первую очередь сам кремнезем, сульфиды и дисульфиды железа, свинца, цинка, меди и других металлов, силикаты группы глин.

Для метагенетической группы наиболее характерны барит, силикаты, слюды, хлориты, кварц, смешаннослойные и другие минералы, испытавшие обезвоживание и некоторую перестройку кристаллической структуры.

Аутигенные минералы служат индикатором физико-химических условий среды минералообразования. Известно, что эти условия определяются такими показателями как окислительно-восстановительный потенциал Eh, величина кислотности-щелочности pH, соленость, температура, давление. Так гидраты окислов железа устойчивы при pH < 2,3-3. Опал SiO 2 , выпадает из кислых, слабокислых и нейтральных растворов, в щелочной среде он растворим. Карбонаты кальция и магния (кальцит, доломит) осаждаются из щелочных растворов при pH > 7,4. Сидерит образуется при pH = 7-7,2. Минералы группы каолинита образуются в кислой среде, монтмориллонит – в щелочной. Гидрослюдистые компоненты глин возникают и устойчивы в слабощелочной и щелочной средах.

Минералы элементов с переменной валентностью – железа, марганца, такие как оксиды, гидроксиды, карбонаты, силикаты, сульфиды: гётит, гидрогётит, манганит, псиломелан, анкерит и др., являются показателями окислительно-восстановительных условиях при положительных значениях Eh. Сидерит указывает на слабо восстановительные условия, а сульфиды различных металлов, в первую очередь наиболее распространенные в осадочных породах пирит и марказит, характеризуют резко восстановительную обстановку и отрицательные значения Eh.

Показателями солености воды, вернее концентрации растворов, являются карбонаты, сульфаты, хлориды. В интервале солености 4-15% осаждаются карбонаты кальция и магния с последующим образованием известняка и доломита. Вода с соленостью более 12-15% является источником сульфатов – гипса, ангидрита. Из рассолов с соленостью 25-27% высаживается галит, а при концентрации 30-32% — калийно-магнезиальные соли.

Относительно аутигенных минералов применимо понятие парагенетические ассоциации, объединяющие минералы, образованные генетически единым процессом. Примером такой ассоциации может служить ряд последовательного осаждения минеральных образований в соленосных лагунах: гипс, затем совместное осаждение каменой соли, гипса, полигалита.

К числу аутигенных образований осадочных пород часто органические остатки, в том числе растительные, скопления которых могут сформировать осадочную породу. К породообразующим организмам принадлежат:

1. организмы с кремневой раковиной, или скелетом (радиолярии, губки, диатомеи). Например: радиолярии слагают породы, состоящие из морских одноклеточных микроорганизмов с опаловым скелетом;
2. организмы с известковой раковиной или скелетом (фораминиферы, губки, кораллы, мшанки и др.), сине-зеленые, зеленые, багряные водоросли.

Первичный и вторичный минеральный состав осадочных пород

Комплекс минералов, образованных при конкретных условиях литогенеза, характерный для осадочной породы определенного происхождения, является первичным . Вещества, участвующие в формировании первичного состава породы, поступают в осадок при седиментации с перераспределением в составе осадка в стадию диагенеза.

Преобразования горной породы по завершению литогенеза (стадии катагенеза, метагенеза, гипергенеза) с изменением ее минерального, химического состава, текстуры, структуры называются наложенными или вторичными . Они происходят в результате смены давления, температуры, кислотности-щелочности, окислительно-восстановительного потенциала, условий залегания, соотношения с водной составляющей и идут с привносом, выносом, либо перераспределением вещества, проявленными в различной степени. Возникшие при этом минералы и минеральные ассоциации называются вторичными. Эти вопросы рассмотрены на примере отложений различного возраста, различных климатических зон, тектонических структур. Процессы вторичного изменения осадочных пород (образования минералов), идущие с привносом-выносом вещества, называются эпигенетическими или эпигенезом . Термин в такой трактовке применяется в учении о полезных ископаемых. Его использование в литологии для обозначения стадии литогенеза не рекомендуется.

Структуры и текстуры осадочных пород

Характерными признаками любой породы, в том числе осадочной, являются не только вещественный минеральный состав, но и особенности строения, обусловленные формой, размером слагающих ее частиц, их взаимоотношениями в объеме породы.

Текстуры и структуры – важнейшие характеристики осадочных пород. Дословный перевод с латинского: структура (structura) – строение, устройство, расположение; текстура (textura) – ткань, соединение, связь.

Под структурой понимают особенности строения осадочной породы, определяемые формой, размерами и взаимоотношением слагающих ее частиц. Структура породы зависит от морфологических особенностей отдельных составных частей и характера их сочетания.

Текстура – это сложение, обуславливаемой ориентировкой, относительным расположением компонентов породы, а также способом выполнения пространства. По Л. Б. Рухину текстура отражает размещение составных частей и их взаимное расположение. Наиболее характерные текстурные признаки – слоистость, ориентировка частиц и органических остатков, либо хаотичность, беспорядочность, изотропность.

Структуры и текстуры изучаются на макроуровне (штуф, обнажение, слой, пласт, пачка, толща) и микроуровне (в шлифах с помощью микроскопа). Результаты этих наблюдений дополняют друг друга.

Структура наиболее отчетливо устанавливается по размеру зерен, слагающих породу, и является характерным признаком для пород конкретного состава и происхождения. Их подразделение, номенклатура не являются однозначными.

Структуры пород обломочных делятся на:

• грубообломочную (крупнообломочная или псефитовая), с диаметром зерен более 2 мм;
• песчаную (псаммитовая), с диамтером зерен 2-0,1 мм;
• алевритовую (структура мелкообломочных пород), с диаметром зерен меньше 0,1 мм;
• пелитовую;
• смешанные.

Среди пород химического происхождения, хемогенных, по основному структурному признаку – величине зерен, выделяют:

• грубокристаллическую, более 1 мм;
• крупнокристаллическую, 1-0,5 мм;
• среднекристаллическую (0,5-0,25 мм);
• мелкокристаллическую (0,25-0,1 мм);
• тонкокристаллическую (0,1-0,01 мм);
• микрокристаллическую (<0,01 мм).

Иногда выделяют структуру пелитоморфную, размер зерен менее 0,05 мм.

Структура биогенных пород, сложенных хорошо сохранившими свою форму органическими остатками (состоят из целых раковин и скелетов организмов), называют биоморфными (цельнораковинными). Если же остатки организмов находятся в породе в виде окатанных, полуокатаных обломоков, то их структура будет именоваться детриусовой (органогенно-детритовой), или биокластовой . Среди органогенно-детритовых структур по размеру обломков выделяют:

• грубообломочные (ракушечниковые), диаметр обломков > 1 мм;
• крупнообломочные, 1-0,5 мм;
• среднеобломочные, 0,5-0,25 мм;
• мелкообломочные, 0,25-0,05 мм;
• тонкообломочные (шламовые), < 0,05 мм.

При изучении в шлифах, в породах, образованных при отложении вещества из растворов, можно наблюдать колломорфные структуры, обязанные наличию в их составе минеральных агрегатов криволинейных, прихотливо изогнутых, большей частью сферических очертаний. Выделяется оолитовая структура, обусловленная сложением породы округлыми, почти сферическими образованиями с центральным ядром концентрически-зонального строения небольших размеров, порядка 0,5 мм в диаметре. Более крупные разновидности оолитов (до 2-10 мм) называются пизолитами. Слои – концентры отражают периодичность отложения вещества. В результате роста кристаллов при раскристаллизации и перекристаллизации может возникнуть вторичное радиально-лучистое строение, оолит превратится в прозрачный сферолит. В сферолитах игольчатые, волокнистые кристаллы радиально расходятся от центра. Не исключается первичность, изначальность радиально-лучистой структуры сферолитов. Взаимоотношения радиально-лучистого и концентрически-зонального скорлуповатого строения сферолитов могут быть различными. Часто отмечается раскристаллизация зонального концентра с радиально ориентированными кристаллами при отсутствии таковой в других слойках оолита.

Разновидностью колломорфной структуры является ооидная (бобовая), отличающаяся присутствием в тонкодисперсной массе округлых, похожих на оолиты, но менее правильной формы, большей частью без центрального ядра минеральных агрегатов с волнистыми «размытыми» границами концентрических слоев.

Учитывая особенности строения, размеры зерен, агрегатов, помимо оолитовой, сферолитовой, ооидной структур выделяются различные виды обломочных структур, например пелитовая, пластинчатая, радиально-лучистая и др.

При изучении структурных особенностей обычно определяется структура породы в целом и структура цемента, если он присутствует в породе. Характеристика структуры по размеру, форме зерен дополняется выявленными при изучении шлифов особенностями строения цемента. При этом учитывается его состав, количество, способ цементации, соотношение с обломочной частью породы, степень кристалличности, характер распределения в породе, сортировка и взаимоотношение с обломками.

Породы, прошедшие стадию метагенеза, приобретают конформно-регенерационную, мозаичную, шиповидную и зубчатую структуры. Конформно-регенерационная структура выражается во взаимной приспособленности зерен друг к другу одновременно с их регенерацией.

Мозаичная или гранобластовая структура возникает в результате уплотнения породы, соприкосновения зерен с одновременной частичной перекристаллизацией их краевых частей. Шиповидные и зубчатые структуры образуются при перекристаллизации и частичном растворении зерна под действием стресса (тектонического сжатия).

Элементы структуры и текстуры связаны между собой и зачастую затруднительно провести границу между структурными и текстурными признаками. Так форма и размер песчаных зерен – элемент структуры, а их взаимное определенным образом расположение в породе – признак текстуры.

Текстуры формируются одновременно с накоплением осадка, либо в процессе литификации и последующих преобразований породы. Поэтому правомочно разделение текстур на 2 большие группы – первичных и вторичных текстур. Вторичные текстуры возникают позднее в результате взаимодействия различных процессов, действующих при диагенезе, метагенезе и выветривании.

Сложение осадочной породы (текстура) фиксируется в особенностях внутреннего строения пласта – внутрипластовые текстуры и на поверхности напластования – текстуры поверхности наслоения .

Существенное значение в формировании текстурного облика породы могут играть живые организмы. В связи с этим текстуры подразделяются на биогенные и абиогенные .

Абиогенные текстуры в группе внутрипластовых текстур включают массивную (неслоистую) и слоистые текстуры.

Слоистость – это неоднородность осадочных пород в разрезе по вертикали при однородном сложении по горизонтали. Она может выражаться сменой минерального состава, сменой структуры (песок – гравий), или его текстуры. В последнем случае массивный песчаник сменяется слоистым.

Причины возникновения слоистости – изменение параметров процесса осадконакопления. Эти параметры зависят:

1. от механизма образования осадка: в условиях течения, волнения, неподвижной среды, за счет осаждения, выпадения в осадок из растворов, в результате роста живых организмов, например, образование рифа и др.;
2. от тектонических условий: поднятия и опускания вызывают изменения в характере сноса осадочного материала;
3. от периодических изменений климата – количества осадков, наличия растительного покрова, наличия временных потоков, усиления, либо ослабления деятельности микроорганизмов;
4. от уплотнения осадков под давлением вышележащих толщ.

При характеристике слоистости используют понятие об элементах слоистости осадочных толщ. Слоистые текстуры по характеру взаимоотношения слойков и слоев, по форме и по их отношению к горизонту или серийным границам делятся на 3 основных типа.

Таблица 1 — Элементы слоистости толщ осадочных пород

Элемент слоистости	Его характеристика	Признаки, определяющие его выделение
Слойки	Элементарная единица слоистой текстуры. Группируясь, образуют слои, пачки, серии.	гранулометрический, вещественный состав, изменение окраски, появление примеси.
Серия слойков	Группа слойков, имеющих одинаковое залегание. Группируются в серии	Сходны по составу, строению. Отделены от смежных серий плоскостями раздела.
Пачка слойков	Группа слойков с отчетливо выраженным изменением от слойка к слойку. Могут повторяться неоднократно.	Резкое изменение особенностей состава и строения на границе пачки. Для всех пачек характерна одна и та же закономерность изменения слойков. Пачки слойков являются ритмами.
Слой	Пачки объединяются в слой. Иногда это может быть одна пачка или серия слойков.	Границы, разделяющие слои, резкие, отчетливые. Соответствуют изменению условий осадкообразования. Иногда границы постепенные.
Пласт	Слой или несколько слоев образуют пласт.	Признаки, характерные для слоев и их групп. Заметные изменения внутри пласта от подошвы к кровле. Включает серии, пачки слойков. Характерно изменение внутренней текстуры.
Толща	Совокупность пластов, слоев, зачастую чередующихся. Макроритм осадконакопления.	Характеризуется некоторой общностью слагающих ее горных пород. Часто имеет единый крупный стратиграфический объем.

Горизонтальная слоистость – чередование слойков и слоев, параллельных плоскости наслоения. Характерна для морских, флишевых толщ, озерных накоплений, но встречается и в горном аллювии.

Волнистая слоистость – чередование серии слойков, имеющих криволинейную выпукло-вогнутую форму. Типичны для осадков прибрежной зоны моря, эоловых, речных отложений.

Косая слоистость – серии косых слойков расположены внутри одного пласта или слоя косо, под определенным углом. Виды косой слоистости многообразны и зависят от типа осадков, способов образования и условий отложения.

Различают косую слоистость с параллельными и перекрестными сериями, однонаправленную и разнонаправленную. Своеобразную слоистость имеют эоловые осадки, представляющие собой сочетание косой и волнистой слоистости. Разновидностью косой слоистости является диагональная косоволнистая слоистость прибрежно-морского типа.

Текстурно-структурные признаки пород, и в первую очередь, слоистость, используют для выявления характерных черт обстановки осадконакопления в совокупности со множеством других прямых и косвенных показателей. Тем, не менее, целенаправленное изучение текстур осадочных образований в последние десятилетия значительно расширило возможности их генетической интерпретации. В частности, накоплен материал по сравнительной характеристике однотипных видов слоистости в породах разного происхождения. Так эоловая косая слойчастость по сравнению с речной отмечается меньшим постоянством углов падения из-за изменчивости направлений и силы ветра.

Закономерности изменения слоистости русловых отложений выявлены и показаны многими исследователями. Гравийно-песчаные осадки, накопившиеся в стрежневой зоне русел равнинных рек, могут быть неслоистыми, с неправильной горизонтальной слоистостью, иметь крупную косую однонаправленную слоистость. Правильная однонаправленная косая слоистость с однообразным наклонением косых слойков вниз по течению характерная для основной части руслового аллювия. Четкую горизонтальную слоистость имеют осадки озер в пустынях и в прибрежных зонах моря аридных областей. Учитывая факторы зависимости текстурно-структурного облика породы от способа отложения осадочного материала и обстановки осадконакопления, тем не менее, можно наметить доминирование конкретных видов слоистости для осадков определенного типа: косая слоистость типична для потоковых, русловых накоплений; для гравийно-песчаных осадков полосы активного морского прибоя характерна перекрестная косая слойчатость разносторонне наклоненная под разными углами; разновидности горизонтальной и волнистой – для озерных, пойменных, подводнодельтовых, удаленных от берега морских осадков. Более подробная характеристика текстур и структур дана при описании осадочных пород.

К категории внутрипластовых текстур и поверхностей напластования относятся сланцеватая, комковатая, чешуйчатая, ячеистая, сгустковатая и другие текстуры, текстуры оползания, ориентированных обломков, сутуростилолитовая, конус в конус или фунтиковая. Сланцеватая текстура, как правило, образуется при метагенезе осадочных пород и является вторичной. Сутуростилолитовая текстура типична для катагенеза и метагенеза. Текстуры оползания – следствие подводно-оползневой деформации. Подводно-оползневые процессы в настоящее время рассматриваются как породообразующие, приводящие к образованию песчано-илистых отложений с четкой градационной дифференциацией материала по размеру зерен.

Поверхности напластования элементов осадочной толщи осложняются наличием знаков ряби, образованных действием волн, течений, ветра, струй стекания. На плоскостях напластования могут наблюдаться следы трещин усыхания, капель, жизнедеятельности позвоночных животных, ракообразных, ползающих, роющих, сверлящих организмов, отпечатки и различные остатки растений и животных.

Формы отдельности различны: плитчатая, столбчатая, кубовидная, ромбовидная, оскольчатая. Шаровая и др.

По природе напряжений, разрядка которых вызывает раскалывание, отдельность бывает экзогенной и эндогенной.