Карбонатные породы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Карбонатные породы

К карбонатным породам относятся породы, которые на 50% и более сложены карбонатными минералами: кальцитом - CaCO3 , арагонитом - CaCO3, доломитом - Ca,Mg(CO3)2, реже сидеритом - FeCO3 и анкеритом Ca(Fe, Mg )[CO3]2.

Поскольку кальцит и доломит слагают мощные пласты и толщи известняков и доломитов, а анкерит и сидерит встречаются в осадочных породах в качестве включений, конкреций, в рассеянном виде, поэтому чаще рассматривают лишь известково-магнезиальные карбонатные породы.

По минералогическому составу известково-магнезиальные карбонатные породы подразделяются на известняки и доломиты. Эти породы часто содержат глинистую, алевритовую и песчаную примесь. Кроме того, встречаются карбонатные породы смешанного состава.

Известняки

Известняками называются карбонатные породы, которые на 50% и более сложены минералом кальцитом.

Выделяются 4 структурные, и по существу - это структурно-генетические группы карбонатных пород (М.С.Швецов,1958):

1) органогенные

2) зернистые

3) обломочные

4) значительно измененные

В пределах групп по форме, размеру и соотношению структурных элементов (раковин, кристаллов, обломков и т.д.) выделяют типы пород.

Структурно-генетическая классификация известняков

I группа Органогенные

А. Биоморфные

1. Биогермные (рифовые)

а) коралловые

б) мшанковые

в) водорослевые (строматолитовые, онколитовые)

2. Цельнораковинные

а) крупнораковинные (ракушняки):

1. брахиоподовые

2. пелециподовые

3. гастроподовые

4.цефалоподовые и др.

б) мелкораковинные:

1.фораминиферовые (фузулиновые, глобигериновые, нуммулитовые и др.)

2. остракодовые

3.кокколитовые

Б. Детритовые (органогенно-обломочные):

1. брахиоподовые

2. пелециподовые

3. мшанковые

4. криноидные

5. кокколитовые

6. полидетритовые

II группа Зернистые (хемогенные):

1. микрозернистые, мелкозернистые, среднезернистые, крупнозернистые

2. оолитовые и пизолитовые

III группа Обломочные (различной крупности и окатанности)

IV группа Измененные:

1. перекристаллизованные: крупно-, средне,- мелко,- и разнозернистые

2. гранулированные: часть комковатых и псевдооолитовых

3. копрогенные: часть псевдооолитовых и комковатых

4. замещения

Органогенные породы (почти исключительно известняки) по скелетным остаткам организмов подразделяют на биоморфные - биогермные и цельнораковинные и детритовые.

Биогермные известняки включают коралловые, мшанковые, водорослевые известняки. Они отличаются линзовидной, даже столбчатой формой залежи, неровной слоистостью или ее отсутствием, обычно спорами. Для биогермов характерно обилие прикрепляющихся организмов, образующих крупные скопления. Здесь также встречаются раковины и других организмов - целые и детрит.

Представителями органогенных известняков являются рифовые биогермные известняки, состоящие из остатков колониальных или прирастающих организмов. Биогенные известняки слагают разнообразные тела или пласты. Они являются основой ископаемых рифов - органогенных построек, достигавших уровня моря, являющихся волнорезами. Рифы образуются различными организмами.

Характерной особенностью рифовых известняков является залегание их в виде мощных и неправильных по форме массивов, резко возвышающихся над осадками, образовавшимися одновременно с ними. К рифам под углами 30-50о прилегают обломочные известняки, образовавшиеся за счет разрушения рифов. Мощность рифов около 1000 м и более.

Особенностью биогермных известняков является: 1) их образование за счет специфических групп организмов;

2) массивное строение;

3) биогермные текстуры;

4) отсутствие примеси обломочного материала;

5)обилие каверн, заполненных сингенетическими и эпигенетическими карбонатами;

6) инкрустационные структуры.

Известняки цельнораковинные состоят из целых раковин. В свою очередь они разделяются на ракушечники, состоящие из крупных раковин (обычно пелециподовые, гастроподовые, брахиоподовые) и породы, состоящие из мелких и мельчайших раковин остракод, кокколитофорид, фораминифер (фузулины, глобигерины, нуммулиты).

Детритовые или детритусовые (органогенно-обломочные), известняки состоят из обломков скелетных остатков организмов в отличие от обломочных известняков, они (то есть обломки раковин) не окатаны. Различаются известняки по систематической принадлежности органических остатков и бывают как однородными по составу - монодетритовыми (пелециподовыми, фораминиферовыми, криноидными, водорослевыми), а также смешанными - полидетритовыми (криноидно - брахиоподовыми, брахиоподово-криноидными и др.).

Детритовые известняки классифицируют по размеру обломков и выделяют:

Грубодетритовые (обломки крупнее 1 мм)

крупнодетритовые (1-0,5 мм)

среднедетритовые (0,5-0,25 мм)

мелкодетритовые (0,25-0,1 мм)

и тонкодетритовые или шламовые (< 0,1 мм)

Зернистые представляют собой продукт химической садки, происходящий в иловых водах. Они отличаются однородностью и плотностью. Сюда относятся известняки разнозернистые, оолитовые, пизолитовые, псевдооолитовые.

Среди зернистых известняков выделяются:

1) крупнозернистые (зерна крупнее 0,5 мм)

2) среднезернистые (0,1 - 0,5 мм)

3) мелкозернистые (0,1-0,01 мм)

4) микрозернистые (0,01-0,0001 мм)

5) коллоиднозернистые (зерна меньше разрешающей силы микроскопа, т.е. примерно < 0,0001 мм).

К этой группе относятся известковые туфы, являющие континентальными образованиями. Они образуются на суше у выхода ключей в результате поглощения СО2 растениями, что и вызывает выпадение кальцита, чаще всего на листьях и стеблях растений. Поэтому эти отложения пористые и имеют своеобразные узоры.

Когда подобные известняки (зернистые) образуются без участия растений, они имеют микрослоистую текстуру, удлиненно - зернистую структуру. К таким типам известняков относятся сталактиты, сталагмиты, травертины, эту группу пород называют известковые натеки.

Оолитовые известняки, реже доломиты являются химическими осадками теплых подвижных вод, где кальцит или доломит отлагается тонкими (до сотых долей мм) концентрическими оболочками вокруг зародышевого зерна, которыми могут быть песчинки, обломки раковины, сгустки известкового ила. Оолиты имеют овальную или шарообразную форму, размер их, как правило, до 2 мм, более крупные оолиты называются пизолитами или бобовинами. В процессе диагенеза оолиты, вследствие перекристаллизации или раскристаллизации, обретают радиально-лучистое (сферолитовое) строение, т.е. их мелко-микрозернистый карбонат переходит в игольчатый.

В случае, грануляции, оолиты теряют концентрическое и радиально-лучистое строение и переходят в псевдооолиты - комочки мелкозернистого карбоната. Они сцементированы крупнозернистым кальцитом с гранобластовой структурой.

Обломочные известняки. Они сложены различной степени окатанности обломками органогенных или зернистых (хемогенных) известняков, среди них выделяются:

1) конгломератовые, брекчиевые (обломки крупнее 1 см)

2) гравийные, дресвяные (обломки 10-1 мм)

3) песчаниковые (обломки 1-0,1 мм)

4) алевролитовые (обломки <0,1мм)

Для них характерна плохая сортировка. По генезесу - это сингенетические породы, т.е. известняки образовались не из терригенного материала, а из известкового осадка или раковин на месте, в волно-прибойной зоне, в этом и состоит их отличие от обломочных пород.

Обломочные известняки связаны постепенным переходом с детритусовыми известняками и, от которых при органогенном характере обломков отличаются окатанностью последних, что свидетельствует о значительном перемывании и обработке движущейся водой известняковых обломков или раковин.

К известнякам измененным относятся известняки различных групп, претерпевшие различные изменения на стадии диагенеза и метагенеза, в результате процессов перекристаллизации, грануляции, замещения, в результате жизнедеятельности организмов.

Перекристаллизация - это процесс, при котором происходит рост более крупных кристаллов, которые являются более устойчивыми в данной среде. Происходит это, как правило, при подкислении среды, повышении температуры и давления; при наличии пор, пустот, зернистых включений (песчано-алевритовый материал), при условиях повышающих подвижность атомов и неоднородности породы. При этом микро-, мелкозернистые известняки становятся средне- и крупнозернистыми, приобретают сахаровидный вид, первичные структуры исчезают и порода обретает реликтовые структуры, которые определяются слабо. Если известняки переходят в мраморы, то первичная структура не устанавливается совсем, иногда развиваются полисинтетические двойники в кальците.

Грануляция является обратным процессом перекристаллизации. При грануляции известняков происходит распадение крупных кристаллов и сферолитовой структуры оолитов, скелетных остатков организмов на мелкие, беспорядочно ориентированные. Известняки с неравномерно кристаллической структурой описывают как псевдооолитовые, которые отличаются от оолитовых отсутствием концентрического строения, или как комковатую или сгустковую породу.

В результате процессов замещения, кальцитизации, доломитизации, раздоломичивания песчаников, алевролитов и других пород образуются новые породы, в них локально сохраняются реликтовые (первичные) структуры. В случае полной переработки исходной породы происходит развитие новых структур и текстур.

Копрогенные известняки распространены достаточно широко и представляют собой скопления (до 1 мм) округлых, удлиненных по форме копролитов, которые состоят из микрозернистого кальцита. Копролиты пропускают через кишечник известковый ил, и в результате этого образуются комочки микрозернистого кальцита.

Встречающиеся сгустковые и комковатые известняки, некоторые ученые считают копрогенными, измененными на различных стадиях.

известняк доломит карбонатный порода

Доломиты

Доломитами называются породы, сложенные более чем на 50% минералом доломитом. В качестве примеси в породе присутствуют кальцит, реже пирит, халцедон, кварц, органическое вещество, ангидрит, глинистые минералы.

Распространены обломочные, водорослевые и хемогенные доломиты. Среди обломочных доломитов различают конгломераты, брекчии, породы со значительно меньшим размером зерен, иногда до размера песчаных (1-0,15 мм). Сложены они окатанными и угловатыми обломками доломита, которые сцементированы доломитовым или кальцитовым цементом. Присутствует примесь терригенного материала.

Обломочные доломиты получили распространение среди доломитовых толщ значительной мощности и образуются в результате перемыва этих толщ в условиях пляжа, на мелководье. Реже брекчии имеют химическое происхождение. Это брекчии выветривания на доломитовых породах.

В доломитах с органогенной структурой присутствуют различные органические остатки, сложенные пелитоморфным, тонкозернистым доломитом и сцементированы пелитоморфным или зернистым доломитом, в цементе нередко присутствует кальцит. Доломиты такого типа образуются при доломитизации известковых осадков или при эпигенетическом замещении известняков на стадиях катагенеза или метагенеза. Иногда в доломитах встречаются остатки брахиопод, мшанок, кораллов.

К органогенным - относятся водорослевые доломиты. Они сложены, в основном, водорослями синезелеными и зелеными, которые концентрируют в своих телах карбонат магния. Цементом в породе является доломит, его обычно очень мало. Биогермные доломиты отличаются высокой пористостью и кавернозностью. Иногда встречаются доломиты с переотложенными водорослями. Они отличаются тонкой горизонтальной слоистостью и большей плотностью.

Хемогенные доломиты сложены пелитоморфным и мелкозернистым доломитом, органические остатки практически отсутствуют, иногда содержат примесь глинистого вещества в виде тонких прослоев гидрослюдистого и монтмориллонитового состава.

Оолитовые доломиты сложены оолитами с радиально-лучистой и концентрическим строением, сцементированы они пелитоморфным и зернистым доломитом, редко содержат остатки морской фауны - криноидеи, моллюски.

Карбонатные породы смешанного состава

К карбонатным породам смешанного типа относятся:

доломитовые известняки (25-50% доломита), известковые доломиты (более 50% доломита), кремнистые известняки и доломиты, углистые известняки, глинистые известняки-мергели.

Кремнистые известняки содержат до 25% кремнезема, силицитовые - до50% (Байков и др., 1980) . Породы характеризуются высокой прочностью, в них отчетливо видны выделения кремнезема. При содержании кремнезема более чем 50 % породы будут называться силицитами.

Углистые известняки содержат до 50% углистого материала, встречаются среди угольных пластов. Обычно породы черные, в них присутствуют отпечатки растений, обугленные растительные остатки, в этом и состоит их отличие от других карбонатных пород.

К этой группе карбонатных пород относятся известковые и доломитовые глины, алевролиты, аргиллиты, песчаники.

Мергели также относятся к породам смешанного состава. Это пелитоморфные, тонкозернистые, мягкие реже твердые породы различных цветов. Состав кальцит (редко доломит) и тонкий глинистый материал, который может присутствовать в значительном количестве (до 50%). Примесь глинистого материала распределена по породе довольно равномерно, нередко в толщах мергелей встречаются тонкие прослои или линзочки глины. В основном, по составу глинистое вещество представлено монтмориллонитом. В породах присутствуют глауконит, пирит, барит, много органического материала, представленного скелетами фораминифер, кокколитофорид и др. Мергели образуют большие по мощности толщи, они чередуются с известняками, доломитами, писчим мелом, иногда с песчано-глинистыми породами.

Происхождение карбонатных пород

Известняки обломочные образуются в результате разрушения и перемыва более древних известняков и механической обработки скелетов известняковых организмов. Раковины и обломки их подвергаются механической обработке в зоне прибоя, волнений, в результате приливно-отливных течений, и в той или иной степени окатываются. Раковины измельчаются и илоедами. Так формируется основная часть мелководных карбонатных осадков современных морей. Когда захороняются обломки поблизости от источников сноса (без механической обработки) образуются брекчии. Известняки, сформированные в результате механической обработки раковин, получили название органогенно-обломочных.

Известняки биогермные - это продукт жизнедеятельности животных и растений. К ним относятся биогермы - прижизненные скопления прикрепленных организмов, находящихся в положении роста, и биоценозы - прижизненные скопления организмов, обитающих вместе на определенном участке дна бассейна.

Хемогенные известняки образуются при седиментогенезе и раннем диагенезе. Хемогенная садка происходит в современных морях и океанах, а также в водоемах суши с аридным климатом. Роль хемогенной садки CaCO3 в геологическом прошлом была более значительной. В результате хемогенной садки образуются пелитоморфные, оолитовые известняки и многочисленные карбонатные конкреции в терригенных породах. Механизм этого процесса сводится к следующему. В водах морей и океанов низких широт в мелководной области, а также в водоемах суши аридной зоны карбонат Ca содержится в количестве, близком к насыщению, или даже насыщает воды. Монокарбонат CaCO3 является практически нерастворимым соединением (растворимость его 0,001 г на 100 г воды). При избытке в воде CO2 он переходит в бикарбонат - Ca(HCO3)2 - соединение высокой растворимости. В природных водах существует подвижное равновесие:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca (HCO3)2

При выделении избытка CO2 в атмосферу равновесие смещается в сторону образования нерастворимых в воде монокарбонатов. Причиной уменьшения содержания CO2 может быть прогревание воды, деятельность организмов (водорослей), волнение, удаляющее избыток CO2 и поставляющее мельчайшие кристаллики CaCO3 (затравку) при взмучивании ила.

На происхождение доломитов существует несколько точек зрения. В настоящее время считается доказанным существование 3 генетических типов доломитов:

1. Доломиты первичные - седиментационные, образовавшиеся в результате хемогенной садки из вод бассейна. Такой тип доломитов получил широкое распространение в протерозойских и нижнепалеозойских отложениях.

2. Доломиты, которые образовались в период диагенеза при воздействии морских и иловых вод на известковые и известково-доломитовые осадки.

3. Доломиты, сформированные в результате метасоматоза (при катагенезе, метагенезе и гипергенезе) при воздействии вод, обогащенных магнием, на известняковые породы), так называемые эпигенетические доломиты.

Известняки слагают мощные толщи в кембрии Сибири, Урала, Средней Азии; в силуре Санкт-Петербургской области, Прибалтики, Урала, Средней Азии, Предкавказья; в девоне Русской платформы, Урала, Сибири; в карбоне Русской платформы. В триасовых отложениях они встречаются на Кавказе, в Крыму, Средней Азии; в юре они развиты на Кавказе, в Крыму; в меловых отложениях представлены толщами мела и известняков; в третичных отложениях получили широкое распространение на Кавказе, в Закавказье.

Доломиты менее распространены, чем известняки. Они изучены в кембрии Сибири; в силуре - на Сибирской платформе и в Прибалтике; в девоне - Средней Азии; девоне и карбоне на Русской платформе; в перми - на востоке Русской платформы; верхней юре - на Памиро-Алтайской системе; в третичных отложениях - в Таджикистане.

Известняки - одно из важных полезных ископаемых. Их основные потребители - металлургическая и цементная промышленности. Они широко используются в строительной промышленности, химической, стекольной и в сельском хозяйстве. С карбонатными коллекторами связаны большие запасы нефти и газа. С известняками связаны пластообразные залежи барита, магнезита, флюорита, известковистых марганцевых руд, сплошных и вкрапленных антимонитовых руд; пластообразные и жилообразные месторождения сидерита; пластообразные залежи и линзы стронция; урано-ванадиевые и тюямунитовые руды; пласты и залежи неправильной формы вкрапленных руд свинца, цинка, сурьмы, ртути, меди (медь часто с примесью кобальта); неправильные залежи арсенопирита (Справочник по литологии, 1983). В фосфоритоносных и битуминозных известняках, наряду с высоким содержанием фосфора, встречаются повышенные количества стронция, бария, молибдена, урана и др. Древние карсты в карбонатных породах в ряде случаев содержат бокситы, руды никеля, кобальта, меди, железа и марганца, драгоценные камни, фосфориты, каолины, огнеупорные глины, стекольные пески, охры. Среди карбонатных пород в жилах и пустотах встречаются стяжения исландского шпата.

Потребителем доломитов и доломитизированных известняков является черная металлургия, где эти породы используются в качестве огнеупорного материала, флюса и руды на магний. В промышленности строительных материалов доломит идет на производство магнезиального цемента, термоизоляционных материалов, извести, а также на облицовочный материал и строительный камень, высокопрочный цемент и др.

В небольших количествах доломит используется в резиновой, кожевенной и бумажной промышленности, в абразивном производстве, а также в сельском хозяйстве для известкования кислых почв.

Установлено, что в ранней стадии аридного литогенеза доломитообразование сопровождается осаждением меди, свинца и цинка (в равных концентрациях), тогда как для поздней стадии характерна ассоциация доломита с галитом и сульфатами.

Образование некоторых эпигенетических месторождений урана, меди, свинца, цинка, ванадия и других металлов часто сопровождается весьма значительной доломитизацией. Вторичные преобразования карбонатных пород существенно влияют также на пористость и проницаемость пород, вмещающих крупные нефтяные и газовые залежи.

Размещено на Allbest.ru