Основные понятия литологии
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Минералогия. Петрография
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Автор:
Бойко Сергей Васильевич
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 212
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Специалитет
ISBN: 978-5-7638-4554-9
Артикул: 813840.01.99
Рассмотрены составные части и особенности классификации осадочных горных пород, обозначены стадии их образования и преобразования в литогенезе. Сформированы представления об осадочной дифференциации и интеграции вещества, скорости осадконакопления, типах литогенеза. Охарактеризованы наиболее распространенные в природе осадочные горные породы.
Предназначено студентам горно-геологических специальностей 21.05.02 «Прикладная геология», 21.05.03 «Технология геологической разведки».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Специалитет
- 21.05.02: Прикладная геология
- 21.05.03: Технология геологической разведки
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Оглавление 1 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Сибирский федеральный университет С. В. Бойко ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЛИТОЛОГИИ Учебное пособие Красноярск СФУ 2022
Оглавление 2 УДК 552.5(075.8) ББК 26.31я73 Б779 Р е ц е н з е н т ы: А. Г. Михайлов, доктор технических наук, заведующий лабораторией минеральных ресурсов ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр “Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук”»; А. П. Романов, кандидат геолого-минералогических наук, научный консультант государственного предприятия Красноярского края «Красноярский научно-исследовательский институт геологии и минерального сырья» Бойко, С. В. Б779 Основные понятия литологии : учеб. пособие / С. В. Бойко. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2022. – 212 с. ISBN 978-5-7638-4554-9 Рассмотрены составные части и особенности классификации осадочных горных пород, обозначены стадии их образования и преобразования в литогенезе. Сформированы представления об осадочной дифференциации и интеграции вещества, скорости осадконакопления, типах литогенеза. Охарактеризованы наиболее распространенные в природе осадочные горные породы. Предназначено студентам горно-геологических специальностей 21.05.02 «Прикладная геология», 21.05.03 «Технология геологической разведки». Электронный вариант издания см.: http://catalog.sfu-kras.ru УДК 552.5(075.8) ББК 26.31я73 ISBN 978-5-7638-4554-9 © Сибирский федеральный университет, 2022
Оглавление 3 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 5 Г л а в а 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИТОЛОГИИ И ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ ................................. 7 1.1. Краткий очерк истории литологии ....................................... 7 1.2. Представление об осадочных горных породах ................. 13 1.3. Особенности вещественного состава и классификации осадочных горных пород ..................... 19 1.3.1. Составные части осадочных пород ......................... 19 1.3.2. Классификация осадочных пород ........................... 20 1.4. Некоторые базовые понятия и термины ............................ 23 Контрольные вопросы и задания ............................................... 33 Г л а в а 2. СТАДИИ ОБРАЗОВАНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ЛИТОГЕНЕЗЕ .................................... 35 2.1. Надстадия седиментогенез ................................................. 38 2.1.1. Мобилизация (образование) осадочного материала ............................................. 38 2.1.2. Перенос материала .................................................... 50 2.1.3. Осаждение материала ............................................... 61 2.2. Надстадия литогенез ............................................................ 80 2.2.1. Диагенез ..................................................................... 80 2.2.2. Катагенез .................................................................... 89 2.2.3. Метагенез ................................................................... 96 2.3. Понятие о типах литогенеза ............................................... 98 Контрольные вопросы и задания ............................................ 102 Г л а в а 3. ОЧЕРК ПЕТРОГРАФИИ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД .............. 104 3.1. Структура осадочных пород ............................................. 106 3.2. Текстура осадочных пород ............................................... 117 3.2.1. Текстуры внутренние, присущие всему объему породы ............................................ 118 3.2.2. Текстуры поверхности слоев ................................. 125
Оглавление 4 3.3. Характеристика осадочных пород ................................... 131 3.3.1. Обломочные породы .............................................. 131 3.3.2. Глинистые (глиняные) породы .............................. 140 3.3.3. Карбонатные породы .............................................. 149 3.3.4. Кремнёвые породы (силициты) ............................. 159 3.3.5. Фосфатные породы (фосфориты) ......................... 165 3.3.6. Соляные породы (эвапориты) ............................... 170 3.3.7. Алюминиевые, железные, марганцевые породы.............................................. 177 3.4. Представление об эволюции осадочного породообразования в геологической истории Земли ...................................... 190 Контрольные вопросы и задания ............................................. 195 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 196 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .......................................................... 198
Введение 5 ВВЕДЕНИЕ Литология изучает осадочные горные породы и осадочные комплексы – породные ассоциации этих геологических образований. Исследуются их вещественный состав, строение, происхождение, закономерности локализации в геологическом пространстве, полезные ископаемые, генетически связанные с осадочным породообразованием, эволюция обозначенных параметров в истории Земли как планеты. Возрастной диапазон осадочных пород – от архея до наших дней. Их общим свойством является информативность. Параметры осадочных образований – строение, вещественный состав и другие, дают информацию, позволяющую реконструировать изменчивость геологических ситуаций во времени и установить закономерности таких изменений. Это позволяет оценить возможность локализации полезных ископаемых в определенной части геологического пространства. Отсюда литологические исследования – основа научного прогноза для поисков полезных ископаемых. С осадочными образованиями генетически связаны каустобиолиты (горючие полезные ископаемые), большинство неметаллических и многие металлические полезные ископаемые – руды черных, цветных, благородных и редких металлов. Актуальность изучения литологии студентами горно-геологических специальностей бесспорна. Становление литологии как области научного знания началось с описания конкретных осадочных пород. Здесь термин «литология» еще не существовал; данный раздел геологии обозначался как петрография осадочных пород. Петрография осадочных пород существует и в современной геологии – фактографическая база исследований в литологии. С первой четверти XX века существенно увеличились объемы поисков нефти и газа в осадочных комплексах. Это обусловило лавинообразный приток информации об осадочных породах. Возникла необходимость теоретического осмысления накопленного фактического материала. Отечественные исследователи академик Н. М. Страхов, член-корреспондент Л. В. Пустовалов, профессор М. С. Швецов и многие другие в своих трудах разработали теоретические основы учения об осадочном породообразовании, введя в отечественную геологию термин «литология». В отличие от петрографии осадочных пород литология не замыкается только на конста
Введение 6 тации фактов. Область ее исследований гораздо шире. В общем виде она включает изучение следующих процессов и стадий: ● образование материала для осадочного породообразования – процессы выветривания и эффузивного магматизма; ● перенос осадочного материала различными способами – гравитацией, водой, воздушными потоками, ледниками, при биогенной миграции; ● осаждение материала в различных процессах – гравитационных, химических, биологических. Осажденный материал обозначается как осадок; ● преобразование осадка в осадочную горную породу – стадия диагенез; ● изменение осадочных пород в зависимости от диапазона термодинамических условий – стадия катагенез; ● установление особенностей осадочных пород на границе их перехода в метаморфические образования – стадия метагенез. В настоящем учебном пособии раскрыта суть всех процессов и стадий, даны ссылки на конкретные литературные источники. В главе 1 изложена история литологии и общие сведения; охарактеризованы особенности осадочных пород; обозначена сложность и неоднозначность их классификации; показано значение как объектов экономики; дано представление о породных компонентах; раскрыто содержание ряда понятий и терминов. В главе 2 рассмотрены стадии образования и преобразования осадочных пород, в том числе классификация преобразований содержащегося в них рассеянного органического вещества в катагенезе; дано представление о понятиях главная фаза и зона нефтеобразования, главная фаза газообразования; обозначены осадочная дифференциация и интеграция, типы литогенеза. В главе 3 изложены особенности структуры и текстуры пород; охарактеризованы наиболее распространенные и значимые из них как объекты экономики; приведены определения, особенности классификации, разновидности внутри типов, минеральный состав, строение, происхождение; представлена эволюция осадочного породообразования в геологической истории Земли.
1.1. Краткий очерк истории литологии 7 Г л а в а 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИТОЛОГИИ И ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ Литология (греч. lithos – камень, logos – слово, учение) – фундамен тальный раздел геологии о современных и древних осадках, осадочных породах и связанных с ними полезных ископаемых, их составе, строении, происхождении и закономерностях пространственного размещения. 1.1. Краткий очерк истории литологии В истории литологии укрупненно выделяют три этапа: ● использование и первичное изучение осадочных пород – от древ нейших цивилизаций до середины XIX века; ● накопление фактического материала, введение преподавания лито логии в высших учебных заведениях – вторая половина XIX века до середины XX; ● публикации работ ряда исследователей, заложивших теоретические основы литологии как фундаментального раздела геологии – середина XX века до наших дней. Следует отметить, что литологию часто определяют через словосо четание «наука об осадочных породах». Такое определение стало возможным в результате исследований, выполненных на третьем этапе становления литологии. Примерами использования осадочных пород на первом этапе явля ется изготовление гончарных изделий из различных глин, строительство пирамид из песчаника в Древнем Египте, белокаменная Москва (известняк белого цвета как строительный материал), добыча полезных ископаемых из россыпей, формирование которых обусловлено экзогенными процессами, и многое другое. Практическое применение осадочных пород определило необходимость изучения их потребительских свойств. Далеко не каждая глина пригодна для гончарного производства, не любой песчаник или известняк может служить строительным материалом и т. п. Однако определение конкретных свойств конкретных объектов наукой еще не является. Начало второго этапа связано с именем английского естествоиспы тателя Генри Клифтона Сорби (1826–1908), который в 1851 году применил
Г л а в а 1. Общие сведения о литологии и осадочных горных породах 8 микроскоп для исследования горных пород. Появился новый метод – микроскопическое изучение пород, научная основа фундаментального раздела геологии – петрографии, в том числе и петрографии осадочных горных пород. При этом в исследовании осадочных образований наметились три направления: ● реконструкция физико-географических условий (обстановок) древ него осадконакопления. В современной терминологии – фациальный анализ. Становление этого направления связывают с именами А. Грессли, И. Вальтера, Н.И. Андрусова и др.; ● исследование современных осадков и условий их образования. К основоположникам направления относят Дж. Меррея, А. Ренара, Н. И. Андрусова и др.; ● изучение и описание конкретных осадочных пород (петрографиче ское направление) – В. И. Лучицкий, П. А. Земятченский, И. И. Гинзбург, М. Д. Залесский, С. П. Попов, Л. Кайе и др. На рассматриваемом этапе в высших учебных заведениях нашей страны начинается преподавание самостоятельных курсов или разделов об осадочных образованиях. В 1922 году М. С. Швецов в Московском университете и Б. П. Кротов в Казанском читают специальные курсы по петрографии осадочных пород. В 1926–1930 годах крупнейший отечественный петрограф А. Н. Заварицкий преподает такой же курс в Ленинградском горном институте внутри дисциплины «Петрография». Кроме петрографического изучения осадочных пород исследуются их ассоциации с целью реконструкции условий образования – работы П. П. Авдусина, А. Д. Архангельского, В. П. Батурина, Н. Б. Вассоевича. Начало третьего этапа связано с публикацией в 1940 году Л. В. Пустоваловым двухтомного учебника «Петрография осадочных пород». Здесь автор впервые в отечественной литературе обосновывает термин «литология» в его современном значении – фундаментальный раздел геологии об осадочных горных породах. Многие аспекты этой работы актуальны и в настоящее время. На данном этапе в отечественной литологии отчетливо обозначились четыре фундаментальных направления работ: ● разработка учения о климатических типах литогенеза – трехтомник Н. М. Страхова «Основы теории литогенеза» и работа Л. Б. Рухина «Основы литологии»; ● исследования океанического осадкообразования – Институт океанологии АН СССР и, прежде всего, труды А. П. Лисицына; ● создание учения о геологических формациях – Н. С. Шатский, Н. П. Херасков, В. И. Попов;
1.1. Краткий очерк истории литологии 9 ● изучение эволюции осадочного процесса и осадочного породообразования в истории Земли – А. Л. Яншин, А. Б. Ронов. Среди крупных последних исследований в литологии к настоящему времени следует назвать работы В. Т. Фролова, В. Г. Кузнецова, О. В. Япаскурта, В. П. Алексеева. Для расширения представления об истории литологии рекомендуем работу В. Н. Шванова [150]. История любой науки реализуется через личности. Поэтому в настоящем учебном пособии при первом упоминании в тексте фамилий многих исследователей литологии (сведения о которых есть в информационной системе Интернет) приведены библиографические справки. Краткие библиографические справки Авдусин Павел Павлович (1899–1955) – отечественный геолог, профессор. С его именем связано открытие нефтяных месторождений на Урале, Таймыре и других местах. Алексеев Валерий Порфирьевич (1938) – отечественный геолог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук, заслуженный геолог Российской Федерации. Основные научные интересы: фациально‐цикли‐ ческий анализ терригенных толщ, включающих горючие полезные иско‐ паемые (нефть, газ, уголь); разработка основ нелинейной седиментологии. Андрусов Николай Иванович (1861–1924) – русский геолог и палео‐ нтолог, академик Петербургской академии наук и РАН. Автор трудов по стратиграфии и палеонтологии, а также работ по вопросам теории образования нефти. Впервые установил «зараженность» глубин Черно‐ го моря сероводородом. Архангельский Андрей Дмитриевич (1879 –1940) – отечественный геолог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук, академик АН СССР. Работы по региональной геологии, стратиграфии, литологии, тектонике и палеогеографии. Батурин Владимир Петрович (1902–1945) – отечественный геолог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук. Исследования по гео‐ логии и литологии нефтеносных районов юго‐восточной части Кавказа и Урало‐Эмбинской нефтегазоносной области. Вальтер Иоганнес (1860–1937) – немецкий геолог и палеонтолог. Один из пионеров по изучению фауны и флоры морей, условий накопления морских осадков. Вассоевич Николай Брониславович (1902–1981) – отечественный геолог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук, член‐коррес‐ пондент АН СССР. Основные труды связаны с разработкой органической
Г л а в а 1. Общие сведения о литологии и осадочных горных породах 10 теории происхождения нефти и исследованиями осадочных горных пород, в частности – флиша. Гинзбург Илья Исаакович (1882–1965) – советский геохимик и мине‐ ралог, доктор геолого‐минералогических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, лауреат Государственной премии СССР. Разработал теорию образования древних кор выветривания ультраос‐ новных и кислых горных пород. Обосновал образование в этих корах раз‐ личных типов месторождений полезных ископаемых. Один из основопо‐ ложников геохимических методов поисков. Грессли Аманц (1814–1865) – швейцарский геолог и палеонтолог. Ввел в геологию термин «фация». Считается одним из основателей стратиграфии. Заварицкий Александр Николаевич (1884–1952) – отечественный геолог, петрограф, петрохимик, профессор, доктор геолого‐минерало‐ гических наук, академик АН СССР. Выполнил фундаментальные исследо‐ вания, посвящённые главным образом региональной и теоретической петрографии, изучению рудных месторождений и вулканизма на Урале, Кавказе, Камчатке, Казахстане. Армении. Залесский Михаил Дмитриевич (1877–1946) – отечественный геолог, палеоботаник и палеоэнтомолог. Доктор геолого‐минералогических наук, профессор, член‐корреспондент АН СССР. Исследователь древних риф‐ тов и палеозойской флоры Сибири и Маньчжурии. Им впервые определен возраст каменноугольных отложений Киргизской степи, Кузнецкого и Тунгусского бассейнов, Минусинской котловины и Тувинской Республики. Земятченский Петр Андреевич (1856–1942) – отечественный гео‐ лог и почвовед, один из основателей грунтоведения, член‐корреспон‐ дент АН СССР. Кайе Люсьен (1864–1944) – французский геолог. Основные труды – литология, региональная геология. Кротов Борис Петрович (1882–1974) – отечественный геолог, профессор. Труды по геологии осадочных рудных месторождений Урала и Средней Азии. Кузнецов Виталий Германович (1937) – отечественный геолог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук, заслуженный геолог Российской Федерации. Автор и соавтор более 400 работ в области нефтегазовой литологии, литологии и нефтегазоносности карбонат‐ ных отложений, фациального анализа погребенных отложений, литоло‐ гии природных резервуаров. Основные исследования проводились им
1.1. Краткий очерк истории литологии 11 в Волго‐Уральской провинции, Прикаспийской впадине, Восточной Сибири, на Кавказе, в Закавказье и других регионах. Лисицын Александр Петрович (1923–2020) – отечественный гео‐ лог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук, академик РАН. Специалист в области литологии и геохимии осадков морей и океанов. Сформулировал основные закономерности осадочного процесса в океане – учение о зональности океанической седиментации. Выделил и описал глобальные типы осадочного процесса в океане – ледовый, умеренный, гумидный, аридный и экваториальный гумидный. Исследователь процес‐ са гидротермального рудообразования в океане. Лауреат двух государ‐ ственных премий СССР (1971, 1977). Лучицкий Владимир Иванович (1877–1949) – советский геолог и петрограф, академик АН УССР. Изучал петрографию и минералогию Украинского кристаллического массива, стратиграфию докембрия Ук‐ раины и восточноевропейской платформы, гидрогеологию Крыма и по‐ лезные ископаемые УССР (фосфориты, бокситы, каолин, графит). Ему принадлежит первая сводная работа по петрографическим провинциям СССР. Меррей Джон (1841–1914) – английский океанограф. В 1872–1876 годах участвовал в океанографической кругосветной экспедиции на судне «Челленджер». Редактор трудов экспедиции – 50 томов. Дал классифи‐ кацию морских грунтов по составу и установил зависимость их геогра‐ фического распределения от удаления от берега и глубины. Попов Владимир Иванович (1907–1991) – отечественный и узбекский геолог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук, академик АН Узбекской ССР. Основоположник среднеазиатской школы литологов. Труды по структурно‐формационному районированию Средней Азии, описанию осадочных формаций и фаций, методике составления форма‐ ционных и фациальных карт. Попов Сергей Платонович (1872–1964) – отечественный геолог, доктор геолого‐минералогических наук, профессор. Основные труды – минералогия, геохимия, исследование руд железа. Пустовалов Леонид Васильевич (1902–1970) – отечественный геолог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук, член‐корреспондент АН СССР. Основные труды посвящены петрографии и геохимии осадоч‐ ных пород. Он сформулировал теоретические положения о дифферен‐ циации осадочного вещества, периодичности осадконакопления, развил представления об осадочных геохимических фациях.
Г л а в а 1. Общие сведения о литологии и осадочных горных породах 12 Ренар Альфонс Франсуа (1842–1903) – бельгийский геолог и петро‐ граф. Участвовал в экспедиции на судне «Челленджер» и совместных с Дж. Мерреем публикациях материалов этих исследований. Ронов Александр Борисович (1913–1996) – отечественный геолог и геохимик, профессор, доктор геолого‐минералогических наук, акаде‐ мик РАН. Основные труды по эволюции химического состава осадочных пород. Государственная премия Российской Федерации (1995). Рухин Лев Борисович (1912–1959) – отечественный геолог, профес‐ сор, доктор геолого‐минералогических наук. Основные труды посвящены литологии и палеогеографии. В работе «Основы литологии» рассмот‐ рел стадии и условия образования осадочных горных пород, охарактери‐ зовал методы фациального анализа, выделил основные типы осадочных формаций, установил закономерности их формирования и распределения. Страхов Николай Михайлович (1900–1978) – отечественный гео‐ лог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук, академик АН СССР. Один из основоположников отечественной теоретической лито‐ логии. Автор научных работ по теории диагенеза, галогенеза и гумидно‐ го рудообразования. Главная работа Н.М. Страхова «Основы теории литогенеза» представляет собой теоретическое осмысливание всего осадочного процесса и является итогом развития генетической лито‐ логии на конец 50‐х годов XX века. Фролов Владимир Тихонович (1923–2015) – отечественный геолог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук. Автор научных ра‐ бот по литологии, региональной геологии, стратиграфии, палеогео‐ графии, морской геологии, угленосным, нефтегазоносным, фосфорито‐ носным, колчеданным, бокситовым, железорудным и другим формациям. Херасков Николай Павлович (1906–1965) – отечественный геолог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук. Один из основопо‐ ложников учения о геологических формациях. Труды по проблемам тек‐ тоники и закономерностям образования полезных ископаемых. Государ‐ ственная премия СССР (1969). Шатский Николай Сергеевич (1895–1960) – отечественный геолог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук, академик АН СССР. Один из основоположников учения о геологических формациях. Труды по тектонике древних платформ. Под его руководством впервые состав‐ лены тектонические карты СССР и Евразии. Государственная премия СССР (1946), Ленинская премия (1958). Шванов Валентин Николаевич (1933–1999) – отечественный гео‐ лог, профессор, доктор геолого‐минералогических наук. Основные труды