Обломочные породы состоят из фрагментов или обломков ранее существовавших минералов и горных пород. Обломок — это фрагмент геологического детрита , [1] куски и более мелкие зерна горных пород, отломанные от других горных пород в результате физического выветривания . [2] Геологи используют термин обломочный для обозначения осадочных пород и частиц в транспорте осадков , будь то во взвешенном состоянии или в виде донной нагрузки , а также в отложениях осадков .
Кластические осадочные породы — это породы, состоящие преимущественно из обломков или обломков более старых выветренных и эродированных пород. Кластические отложения или осадочные породы классифицируются на основе размера зерен , состава обломков и цементирующего материала ( матрицы ) и текстуры. Факторы классификации часто полезны при определении среды осаждения образца . Примером кластической среды может служить речная система, в которой весь спектр зерен, переносимых движущейся водой, состоит из кусков, эродированных из твердой породы выше по течению.
Размер зерна варьируется от глины в сланцах и аргиллитах ; через ил в алевритах ; песок в песчаниках ; и гравий , булыжник , до фрагментов размером с валун в конгломератах и брекчиях . Шкала фи Крумбейна (φ) численно упорядочивает эти термины в логарифмической шкале размеров.
Силикокластические породы — это обломочные некарбонатные породы, состоящие почти исключительно из кремния в виде кварца или силикатов.
Состав силикокластических осадочных пород включает химические и минералогические компоненты каркаса, а также цементирующий материал, из которого состоят эти породы. Боггс делит их на четыре категории: основные минералы, акцессорные минералы, обломки пород и химические осадки. [3]
Основные минералы можно разделить на категории на основе их устойчивости к химическому разложению. Те, которые обладают большой устойчивостью к разложению, классифицируются как стабильные, в то время как те, которые не обладают, считаются менее стабильными. Наиболее распространенным стабильным минералом в силикокластических осадочных породах является кварц (SiO 2 ). [3] Кварц составляет приблизительно 65 процентов каркасных зерен, присутствующих в песчаниках, и около 30 процентов минералов в среднем сланце. Менее стабильными минералами, присутствующими в этом типе пород, являются полевые шпаты , включая как калиевые, так и плагиоклазовые полевые шпаты. [3] Полевые шпаты составляют значительно меньшую часть каркасных зерен и минералов. Они составляют только около 15 процентов каркасных зерен в песчаниках и 5% минералов в сланцах. Группы глинистых минералов в основном присутствуют в грязевых породах (составляя более 60% минералов), но могут быть обнаружены в других силикокластических осадочных породах на значительно более низких уровнях. [3]
Акцессорные минералы связаны с теми, присутствие которых в породе не имеет прямого значения для классификации образца. Они обычно встречаются в меньших количествах по сравнению с кварцем и полевыми шпатами. Кроме того, те, которые встречаются, обычно являются тяжелыми минералами или крупнозернистыми слюдами (как мусковит , так и биотит ). [3]
Обломки горных пород также встречаются в составе силикокластических осадочных пород и составляют около 10–15 процентов состава песчаника. Они обычно составляют большую часть частиц гравийного размера в конгломератах, но вносят лишь очень небольшой вклад в состав грязевых пород . Хотя иногда они и есть, обломки горных пород не всегда имеют осадочное происхождение. Они также могут быть метаморфическими или магматическими . [3]
Химические цементы различаются по распространенности, но в основном встречаются в песчаниках. Два основных типа — на основе силикатов и карбонатов. Большинство кремниевых цементов состоят из кварца, но могут включать кремни , опал , полевые шпаты и цеолиты . [3]
Состав включает химический и минералогический состав отдельных или разнообразных фрагментов и цементирующего материала ( матрицы ), удерживающего обломки вместе как породу. Эти различия чаще всего используются в каркасных зернах песчаников. Песчаники, богатые кварцем, называются кварцевыми аренитами , богатые полевым шпатом, называются аркозами , а богатые литическими веществами называются литическими песчаниками .
Силикокластические осадочные породы состоят в основном из силикатных частиц, образовавшихся в результате выветривания более старых пород и пирокластического вулканизма. Хотя размер зерна, состав обломков и цементирующего материала (матрицы), а также текстура являются важными факторами при рассмотрении состава, силикокластические осадочные породы классифицируются в соответствии с размером зерна на три основные категории: конгломераты , песчаники и грязевые породы . Термин глина используется для классификации частиц размером менее 0,0039 миллиметра. Однако этот термин также может использоваться для обозначения семейства слоистых силикатных минералов. [3] Ил относится к частицам, имеющим диаметр от 0,062 до 0,0039 миллиметра. Термин грязь используется, когда частицы глины и ила смешиваются в осадке; грязевая порода — это название породы, созданной с этими осадками. Кроме того, частицы, которые достигают диаметра от 0,062 до 2 миллиметров, попадают в категорию песка. Когда песок сцементирован и литифицирован, он становится известен как песчаник. Любая частица, которая больше двух миллиметров, считается гравием. Эта категория включает гальку , булыжники и валуны. Как и песчаник, когда гравий литифицируется, он считается конгломератом. [3]
Конгломераты — это крупнозернистые породы, в основном состоящие из частиц гравийного размера, которые обычно удерживаются вместе более мелкозернистой матрицей. [4] Эти породы часто подразделяются на конгломераты и брекчии. Основной характеристикой, разделяющей эти две категории, является степень окатанности. Частицы гравийного размера, из которых состоят конгломераты, хорошо окатаны, тогда как в брекчиях они угловатые. Конгломераты распространены в стратиграфических последовательностях большинства, если не всех, возрастов, но составляют только один процент или менее по весу от общей массы осадочных пород. [3] С точки зрения происхождения и механизмов осадконакопления они очень похожи на песчаники. В результате эти две категории часто содержат одинаковые осадочные структуры. [3]
Песчаники — это среднезернистые породы, состоящие из округлых или угловатых фрагментов песчаного размера, которые часто, но не всегда, имеют цемент, объединяющий их вместе. Эти частицы песчаного размера часто являются кварцем , но существует несколько общих категорий и большое разнообразие схем классификации, которые классифицируют песчаники на основе состава. Схемы классификации сильно различаются, но большинство геологов приняли схему Дотта , [5] [ нужен лучший источник ] , которая использует относительное обилие кварца, полевого шпата и зерен литического каркаса и обилие глинистой матрицы между этими более крупными зернами.
Породы, которые классифицируются как грязевые породы, очень мелкозернистые. Ил и глина составляют не менее 50% материала, из которого состоят грязевые породы. Схемы классификации грязевых пород, как правило, различаются, но большинство из них основаны на размере зерен основных компонентов. В грязевых породах это, как правило, ил и глина. [6]
Согласно Блатту, Миддлтону и Мюррею [7], грязевые породы, состоящие в основном из частиц ила, классифицируются как алевриты. В свою очередь, породы, в которых глина является основной частицей, называются аргиллитами. В геологии смесь ила и глины называется грязью. Породы, в которых содержится большое количество как глины, так и ила, называются аргиллитами. В некоторых случаях термин «сланец» также используется для обозначения грязевых пород и до сих пор широко принят большинством. Однако другие использовали термин «сланец» для дальнейшего разделения грязевых пород на основе процентного содержания глинистых компонентов. Пластинчатая форма глины позволяет ее частицам накладываться друг на друга, создавая слои или пласты. Чем больше глины присутствует в данном образце, тем более слоистой является порода. В этом случае сланец зарезервирован для грязевых пород, которые слоисты, в то время как аргиллит относится к тем, которые не являются таковыми.
Силикокластические породы изначально образуются как рыхло упакованные осадочные отложения, включая гравий, песок и грязь. Процесс превращения рыхлых осадков в твердые осадочные породы называется литификацией . В процессе литификации осадки претерпевают физические, химические и минералогические изменения, прежде чем стать камнем. Основным физическим процессом литификации является уплотнение. По мере того, как продолжается перенос и осаждение осадков, новые осадки откладываются поверх ранее отложенных слоев, погребая их. Погребение продолжается, и вес вышележащих осадков вызывает повышение температуры и давления. Это повышение температуры и давления приводит к тому, что рыхлозернистые осадки становятся плотно упакованными, уменьшая пористость, по сути выдавливая воду из осадка. Пористость дополнительно уменьшается за счет осаждения минералов в оставшиеся поровые пространства. [3] Заключительная стадия процесса - диагенез , и она будет подробно рассмотрена ниже.
Цементация — это диагенетический процесс, посредством которого грубые обломочные осадки литифицируются или консолидируются в твердые, плотные породы, обычно посредством отложения или осаждения минералов в пространствах между отдельными зернами осадка. [4] Цементация может происходить одновременно с отложением или в другое время. Более того, как только осадок откладывается, он становится объектом цементации через различные стадии диагенеза, обсуждаемые ниже.
Эогенез относится к ранним стадиям диагенеза. Это может происходить на очень небольших глубинах, от нескольких метров до десятков метров под поверхностью. Изменения, которые происходят во время этой диагенетической фазы, в основном связаны с переработкой осадков. Уплотнение и переупаковка зерен, биотурбация , а также минералогические изменения происходят в разной степени. [3] Из-за небольших глубин осадки подвергаются лишь незначительному уплотнению и перегруппировке зерен на этой стадии. Организмы перерабатывают осадок вблизи осадочного интерфейса, роя, ползая и, в некоторых случаях, проглатывая осадок. Этот процесс может разрушить осадочные структуры, которые присутствовали при отложении осадка. Такие структуры, как слоистость, уступят место новым структурам, связанным с деятельностью организмов. Несмотря на близость к поверхности, эогенез действительно создает условия для важных минералогических изменений. Это в основном связано с осаждением новых минералов.
Минералогические изменения, происходящие во время эогенеза, зависят от среды, в которой откладывался этот осадок. Например, образование пирита характерно для восстановительных условий в морской среде. [3] Пирит может образовываться как цемент или заменять органические материалы, такие как фрагменты древесины. Другие важные реакции включают образование хлорита , глауконита , иллита и оксида железа (если присутствует насыщенная кислородом поровая вода). Осаждение калиевого полевого шпата, кварцевых наростов и карбонатных цементов также происходит в морских условиях. В неморских средах почти всегда преобладают окислительные условия, то есть оксиды железа обычно образуются вместе с глинистыми минералами группы каолина . Осаждение кварцевого и кальцитового цементов также может происходить в неморских условиях.
По мере того, как осадки залегают глубже, давление нагрузки увеличивается, что приводит к плотной упаковке зерен и истончению слоя. Это вызывает повышенное давление между зернами, тем самым увеличивая растворимость зерен. В результате происходит частичное растворение силикатных зерен. Это называется растворением под давлением. С химической точки зрения, повышение температуры также может привести к увеличению скорости химических реакций. Это увеличивает растворимость большинства распространенных минералов (кроме эвапоритов). [3] Кроме того, слои становятся тоньше, а пористость уменьшается, что позволяет цементации происходить путем осаждения кремнезема или карбонатных цементов в оставшееся поровое пространство.
В этом процессе минералы кристаллизуются из водных растворов, которые просачиваются через поры между зернами осадка. Образующийся цемент может иметь или не иметь тот же химический состав, что и осадок. В песчаниках зерна каркаса часто сцементированы кремнеземом или карбонатом. Степень цементации зависит от состава осадка. Например, в литических песчаниках цементация менее обширна, поскольку поровое пространство между зернами каркаса заполнено илистой матрицей, которая оставляет мало места для выпадения осадков. Это часто касается и глинистых пород. В результате уплотнения глинистые отложения, входящие в состав глинистых пород, становятся относительно непроницаемыми.
Растворение каркасных силикатных зерен и ранее сформированного карбонатного цемента может происходить во время глубокого захоронения. Условия, которые способствуют этому, по сути, противоположны тем, которые требуются для цементации. Обломки горных пород и силикатные минералы с низкой устойчивостью, такие как плагиоклазовый полевой шпат, пироксены и амфиболы , могут растворяться в результате повышения температуры захоронения и присутствия органических кислот в поровых водах. Растворение каркасных зерен и цементов увеличивает пористость, особенно в песчаниках. [3]
Это относится к процессу, при котором один минерал растворяется, а новый минерал заполняет пространство посредством осаждения. Замена может быть частичной или полной. Полная замена разрушает идентичность исходных минералов или фрагментов породы, давая предвзятое представление об исходной минералогии породы. [3] Пористость также может быть затронута этим процессом. Например, глинистые минералы имеют тенденцию заполнять поровое пространство и тем самым уменьшать пористость.
В процессе захоронения возможно, что силикокластические отложения впоследствии могут быть подняты в результате горообразования или эрозии . [3] Когда происходит поднятие, оно подвергает захороненные отложения воздействию радикально новой среды. Поскольку процесс выводит материал на поверхность или приближает его к ней, осадки, которые подвергаются поднятию, подвергаются воздействию более низких температур и давлений, а также слегка кислой дождевой воды. В этих условиях зерна каркаса и цемент снова подвергаются растворению и, в свою очередь, увеличивают пористость. С другой стороны, телогенез также может изменить зерна каркаса на глины, тем самым уменьшая пористость. Эти изменения зависят от конкретных условий, в которых находится порода, а также от состава породы и поровых вод. Определенные поровые воды могут вызывать дальнейшее осаждение карбонатных или кремниевых цементов. Этот процесс также может стимулировать процесс окисления различных железосодержащих минералов.
Осадочные брекчии — это тип обломочных осадочных пород, которые состоят из угловатых или полуугловатых, беспорядочно ориентированных обломков других осадочных пород. Они могут образовывать либо:
В полевых условиях иногда бывает трудно отличить осадочную брекчию обломочного потока от коллювиальной брекчии, особенно если работать исключительно по данным бурения . Осадочные брекчии являются неотъемлемой вмещающей породой для многих осадочных эксгалятивных отложений .
Обломочные магматические породы включают пирокластические вулканические породы, такие как туф , агломерат и интрузивные брекчии , а также некоторые маргинальные эвтакситовые и такситовые интрузивные морфологии. Магматические обломочные породы разрушаются потоком, инъекцией или взрывным разрушением твердых или полутвердых магматических пород или лав .
Магматические обломочные породы можно разделить на два класса:
Обломочные метаморфические породы включают брекчии, образованные в разломах , а также некоторые протомилониты и псевдотахилиты . Иногда метаморфические породы могут брекчироваться гидротермальными жидкостями, образуя брекчию гидроразрыва .
Гидротермальные обломочные породы обычно ограничиваются теми, которые образованы гидроразрывом , процессом, при котором гидротермальная циркуляция растрескивает и брекчирует стенки пород и заполняет их жилами. Это особенно заметно в эпитермальных рудных месторождениях и связано с зонами изменений вокруг многих интрузивных пород, особенно гранитов . Многие скарновые и грейзеновые месторождения связаны с гидротермальными брекчиями.
Довольно редкая форма обломочной породы может образоваться во время удара метеорита . Она состоит в основном из выбросов: обломков вмещающей породы , расплавленных фрагментов породы, тектитов (стекла, выброшенного из ударного кратера) и экзотических фрагментов, включая фрагменты, полученные из самого ударника.
Для идентификации обломочной породы как ударной брекчии необходимо распознавать конусы дробления , тектиты, сферолиты и морфологию ударного кратера , а также потенциально распознавать определенные химические и микроэлементные сигнатуры, особенно осмида .
Словарное определение слова clast в Викисловаре