Обломочные породы состоят из фрагментов или обломков ранее существовавших минералов и горных пород. Обломок — это фрагмент геологического детрита , [1] кусков и более мелких зерен породы, отколовшихся от других пород в результате физического выветривания . [2] Геологи используют термин «обломочный материал» для обозначения осадочных пород и частиц в переносе отложений , будь то в виде взвеси или пластовой нагрузки , а также в отложениях отложений .
Обломочные осадочные породы — это породы, состоящие преимущественно из обломков или обломков более древних выветрелых и эродированных пород. Обломочные отложения или осадочные породы классифицируются по размеру зерен , составу обломков и цементирующего материала ( матрицы ), а также текстуре. Факторы классификации часто полезны при определении среды осаждения образца . Примером обломочной среды может служить речная система, в которой весь спектр зерен, переносимых движущейся водой, состоит из кусков, размытых твердой породой вверх по течению.
Размер зерен варьируется от глины до сланцев и аргиллитов ; через ил в алевролитах ; песок в песчаниках ; от гравия , булыжника до обломков размером с валун в конгломератах и брекчиях . Шкала Крумбейна фи (φ) численно упорядочивает эти члены в логарифмической шкале размеров.
Кремнисто-обломочные породы — это обломочные некарбонатные породы, которые состоят почти исключительно из кремния либо в виде кварца , либо в виде силикатов.
В состав кремнеобломочных осадочных пород входят химические и минералогические компоненты каркаса, а также цементирующий материал, слагающий эти породы. Боггс делит их на четыре категории; основные минералы, акцессорные минералы, обломки горных пород и химические отложения. [3]
Основные минералы можно разделить на подразделения в зависимости от их устойчивости к химическому разложению. Те, которые обладают большой устойчивостью к разложению, относятся к категории стабильных, а те, которые этого не делают, считаются менее стабильными. Наиболее распространенным стабильным минералом в кремнеобломочных осадочных породах является кварц (SiO 2 ). [3] Кварц составляет примерно 65 процентов зерен каркаса, присутствующих в песчаниках, и около 30 процентов минералов в среднем сланце. Менее стабильными минералами, присутствующими в породах этого типа, являются полевые шпаты , в том числе калиевые и плагиоклазовые полевые шпаты. [3] Полевые шпаты содержат значительно меньшую долю зерен и минералов каркаса. Они составляют лишь около 15 процентов зерен каркаса в песчаниках и 5% минералов в сланцах. Группы глинистых минералов в основном присутствуют в глинистых породах (составляющих более 60% минералов), но могут быть обнаружены и в других кремнеобломочных осадочных породах на значительно более низких уровнях. [3]
К акцессорным минералам относятся те, присутствие которых в породе не имеет непосредственного значения для классификации образца. Обычно они встречаются в меньших количествах по сравнению с кварцем и полевым шпатом. Более того, те, которые встречаются, обычно представляют собой тяжелые минералы или крупнозернистые слюды (как мусковит , так и биотит ). [3]
Обломки горных пород встречаются также в составе кремнеобломочных осадочных пород и составляют около 10–15% состава песчаника. Обычно они составляют большую часть гравийных частиц в конгломератах, но вносят лишь очень небольшой вклад в состав глинистых пород . Хотя иногда это и так, фрагменты горных пород не всегда имеют осадочное происхождение. Они также могут быть метаморфическими или магматическими . [3]
Химические цементы различаются по количеству, но преимущественно встречаются в песчаниках. Двумя основными типами являются силикатные и карбонатные. Большинство кремнеземных цементов состоят из кварца, но могут включать кремень , опал , полевые шпаты и цеолиты . [3]
Состав включает в себя химический и минералогический состав отдельных или различных обломков и цементирующий материал ( матрицу ), скрепляющий обломки как породу. Эти различия чаще всего используются в каркасных зернах песчаников. Песчаники, богатые кварцем, называются кварцевыми аренитами , богатые полевым шпатом — аркозами , богатые камнем — каменными песчаниками .
Кремнисто-обломочные осадочные породы состоят в основном из силикатных частиц, образовавшихся в результате выветривания более древних пород и пирокластического вулканизма. Хотя размер зерен, состав обломков и цементирующего материала (матрицы), а также текстура являются важными факторами при определении состава, кремнистые осадочные породы классифицируются в зависимости от размера зерен на три основные категории: конгломераты , песчаники и глинистые породы . Термин «глина» используется для классификации частиц размером менее 0,0039 миллиметра. Однако этот термин также можно использовать для обозначения семейства пластинчатых силикатных минералов. [3] Илом называют частицы диаметром от 0,062 до 0,0039 миллиметров. Термин «грязь» используется, когда в осадке смешаны частицы глины и ила; грязевая порода — это название породы, созданной из этих отложений. Кроме того, частицы диаметром от 0,062 до 2 миллиметров попадают в категорию песка. Когда песок сцементируется и литифицируется, он становится известен как песчаник. Любая частица размером более двух миллиметров считается гравием. В эту категорию входят галька , булыжники и валуны. Как и песчаник, гравий, литифицированный, считается конгломератом. [3]
Конгломераты представляют собой крупнозернистые породы, состоящие преимущественно из частиц размером с гравий, которые обычно скрепляются более мелкозернистой матрицей. [4] Эти породы часто подразделяются на конгломераты и брекчии. Основной характеристикой, разделяющей эти две категории, является величина округления. Частицы гравийного размера, составляющие конгломераты, хорошо окатаны, а в брекчиях – угловатые. Конгломераты распространены в стратиграфических последовательностях большинства, если не всех, возрастов, но составляют лишь один процент или меньше по весу от общей массы осадочных пород. [3] По происхождению и механизмам отложения они очень похожи на песчаники. В результате эти две категории часто содержат одни и те же осадочные структуры. [3]
Песчаники — это среднезернистые породы, состоящие из округлых или угловатых обломков размером с песок, часто, но не всегда имеющих соединяющий их между собой цемент. Эти частицы размером с песок часто представляют собой кварц , 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 содержание кварца, полевого шпата и зерен каменного каркаса, а также содержание илистой матрицы между этими более крупными зернами.
Породы, которые классифицируются как глинистые, очень мелкозернистые. Ил и глина составляют не менее 50% материала, из которого состоят глинистые породы. Схемы классификации глинистых пород, как правило, различаются, но большинство из них основаны на размере зерен основных компонентов. В илистых породах это обычно ил и глина. [6]
По Блатту, Миддлтону и Мюррею [7] глинистые породы, состоящие преимущественно из алевритовых частиц, относят к алевролитам. В свою очередь, породы, в которых глина является основной частицей, называются аргиллитами. В геологии смесь ила и глины называется грязью. Породы, содержащие большое количество глины и ила, называются аргиллитами. В некоторых случаях термин «сланец» также используется для обозначения глинистых пород и до сих пор широко принят большинством. Однако другие использовали термин «сланец» для дальнейшего разделения глинистых пород на основе процентного содержания глинистых компонентов. Пластинчатая форма глины позволяет ее частицам накладываться друг на друга, образуя пластинки или пласты. Чем больше глины присутствует в данном образце, тем более слоистой является порода. В данном случае сланец предназначен для слоистых глинистых пород, а аргиллит — для тех, которые не являются слоистыми.
Кремнисто-обломочные породы первоначально формируются в виде рыхлых отложений осадочных пород, включая гравий, пески и илы. Процесс превращения рыхлых отложений в твердые осадочные породы называется литификацией . В процессе литификации осадки претерпевают физические, химические и минералогические изменения, прежде чем превратиться в горную породу. Основным физическим процессом литификации является уплотнение. По мере того как перенос и отложение осадков продолжаются, новые отложения откладываются поверх ранее отложившихся слоев, погребая их. Захоронение продолжается, и вес вышележащих отложений вызывает повышение температуры и давления. Это повышение температуры и давления приводит к тому, что рыхлые зернистые отложения становятся плотно упакованными, уменьшая пористость и по существу выжимая воду из осадка. Пористость дополнительно снижается за счет осаждения минералов в оставшееся поровое пространство. [3] Заключительной стадией этого процесса является диагенез , и она будет подробно обсуждаться ниже.
Цементация — это диагенетический процесс, в ходе которого крупнообломочные отложения литифицируются или консолидируются в твердые, компактные породы, обычно за счет отложения или осаждения минералов в промежутках между отдельными зернами осадка. [4] Цементация может происходить одновременно с осаждением или в другое время. Более того, как только осадок откладывается, он подвергается цементации на различных стадиях диагенеза, обсуждаемых ниже.
Эогенез относится к ранним стадиям диагенеза. Это может происходить на очень небольшой глубине, от нескольких метров до десятков метров под поверхностью. Изменения, происходящие на этом диагенетическом этапе, в основном связаны с переработкой отложений. Уплотнение и переупаковка зерна, биотурбация , а также минералогические изменения происходят в разной степени. [3] Из-за небольшой глубины отложения на этом этапе подвергаются лишь незначительному уплотнению и перестановке зерен. Организмы перерабатывают осадки вблизи границы отложений, роясь, ползая и в некоторых случаях заглатывая осадки. 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 создает условия для возникновения важных минералогических изменений. В основном это связано с осаждением новых минералов.
Минералогические изменения, происходящие во время эогенеза, зависят от среды, в которой отложился этот осадок. Например, образование пирита характерно для восстановительных условий морской среды. [3] Пирит может образовываться в виде цемента или заменять органические материалы, такие как фрагменты древесины. Другие важные реакции включают образование хлорита , глауконита , иллита и оксида железа (при наличии насыщенной кислородом поровой воды). В морских условиях также происходит осаждение калиевого полевого шпата, кварцевых обрастаний и карбонатных цементов. В неморской среде почти всегда преобладают окислительные условия, то есть оксиды железа обычно образуются вместе с глинистыми минералами группы каолина . Осаждение кварцевого и кальцитового цемента может происходить и в неморских условиях.
По мере того, как отложения залегают глубже, давление нагрузки увеличивается, что приводит к плотной упаковке зерна и утончению слоя. Это вызывает повышенное давление между зернами, что увеличивает растворимость зерен. В результате происходит частичное растворение зерен силиката. Это так называемые растворы 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, пласты становятся тоньше, а пористость уменьшается, позволяя цементироваться за счет осаждения кремнезема или карбонатного цемента в оставшееся поровое пространство.
В этом процессе минералы кристаллизуются из водных растворов, которые просачиваются через поры между зернами осадка. Произведенный 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 каменных песчаниках цементация менее обширна, поскольку поровое пространство между зернами каркаса заполнено илистой матрицей, которая оставляет мало места для выпадения осадков. Это часто относится и к глинистым породам. В результате уплотнения глинистые отложения, содержащие глинистые породы, становятся относительно непроницаемыми.
При глубоком захоронении может происходить растворение каркасных силикатных зерен и ранее образовавшегося карбонатного цемента. Условия, способствующие этому, по существу противоположны тем, которые необходимы для цементации. Обломки горных пород и силикатные минералы низкой устойчивости, такие как плагиоклаз полевой шпат, пироксены и амфиболы , могут растворяться в результате повышения температуры захоронения и присутствия органических кислот в поровых водах. Растворение зерен каркаса и цемента 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, создавая предвзятое представление об исходной минералогии породы. [3] Этот процесс также может повлиять на пористость. Например, глинистые минералы имеют тенденцию заполнять поровое пространство и тем самым уменьшать пористость.
В процессе захоронения возможно, что кремнисто-обломочные отложения впоследствии могут быть подняты в результате горообразования или эрозии . [3] Когда происходит поднятие, оно подвергает погребенные отложения воздействию радикально новой среды. Поскольку в результате этого процесса материал приближается к поверхности или приближается к ней, отложения, которые поднимаются, подвергаются более низким температурам и давлению, а также слегка кислой дождевой воде. В этих условиях зерна каркаса и цемент снова подвергаются растворению, что, в свою очередь, увеличивает пористость. С другой стороны, телогенез также может превращать зерна каркаса в глину, 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 вызвать дальнейшее осаждение карбоната или кремнеземного цемента. Этот процесс также может стимулировать процесс окисления различных железосодержащих минералов.
Осадочные брекчии представляют собой тип обломочных осадочных пород, которые состоят из угловатых или почти угловатых, хаотично ориентированных обломков других осадочных пород. Они могут образовывать либо:
В полевых условиях иногда может быть трудно отличить осадочную брекчию селевых потоков от коллювиальной брекчии, особенно если работать исключительно на основе информации о бурении . Осадочные брекчии являются неотъемлемой вмещающей породой многих осадочных эксгалятивных отложений .
Обломочные магматические породы включают пирокластические вулканические породы , такие как туфы , агломераты и интрузивные брекчии , а также некоторые краевые 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:
Обломочно- метаморфические породы включают брекчии , образовавшиеся в разломах , а также некоторое количество протомилонита и псевдотахилита . Иногда метаморфические породы могут быть брекчированы гидротермальными флюидами, образуя брекчию гидроразрыва .
Гидротермальные обломочные породы обычно ограничиваются породами, образовавшимися в результате гидроразрыва — процесса, при котором гидротермальная циркуляция раскалывает и брекчирует вмещающие породы и заполняет их жилами. Это особенно заметно на 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 . Он состоит в основном из выбросов; обломки вмещающих пород , расплавленные фрагменты горных пород, тектиты (стекло, выброшенное из ударного кратера) и экзотические фрагменты, включая фрагменты, полученные из самого ударника.
Идентификация обломочной породы как ударной брекчии требует распознавания конусов обломков , тектитов, сферолитов и морфологии ударного кратера , а также потенциального распознавания конкретных химических признаков и микроэлементов, особенно осмиридия .
Словарное определение класта в Викисловаре