Особенности петрографического изучения песчано-алевритовых отложений

При изучении песчаных и алевритовых пород применяют уже иные методы, чем при исследовании грубообломочных отложений. Значительно меньший размер зерен, слагающих песчано-алевритовые породы, резко увеличивает значение камеральных приемов. Чтобы полно охарактеризовать особенности и свойства этих пород, необходимо провести следующий комплекс исследований: а) определить структуру породы; б) установить вещественный (минералогический) состав ее; в) изучить форму и характер зерен обломочного материала; г) изучить цемент (его состав, количество, тип и другие признаки) и дать характеристику минеральным. новообразованиям; д) определить пористость породы; е) отметить цвет породы и по возможности установить причины, его обусловливающие; ж) описать текстурные признаки породы; з) определить включения органических остатков.

Остановимся более подробно на каждом из перечисленных пунктов. При полевых наблюдениях размер зерен песков и слабо сцементированных песчаников можно довольно точно определить, пользуясь обычной бумагой-миллиметровкой. Но таким образом можно установить лишь наличие зерен той или иной величины, количественные же соотношения фракций определяются на глаз. Для прочно сцементированных пород макроскопически установить структуру можно или в крупнозернистых разностях, или в образцах, где терригенный материал более или менее резко отличается от цемента (по твердости, цвету). В тонких разностях выяснить структуру значительно сложнее и в ряде случаев приходится прибегать к сопоставлениям с ранее изученными образцами однотипных пород.

В камеральных условиях структура породы обычно определяется гранулометрическим анализом. Однако этот метод дает хорошие результаты лишь для рыхлых пород и для песчаников и алевролитов с хорошо растворимым цементом. У песчаников и алевролитов с нерастворимым цементом гранулометрический состав изучается в шлифах под микроскопом с окулярмикрометром. Степень отсортированности песков и песчаников при детальном исследовании гранулометрического состава выражается в количественном содержании каждой фракции. Хорошо отсортированный песок, песчаник или алевролит содержит одну из образующих его фракций в количестве более 50%; в плохо сортированных породах — несколько фракций и ни одна из них не достигает 50%.

При описании минералогического состава песчаных пород нужно строго разграничивать состав обломочной части и цемента. Обычно основное название породы дается по составу обломочного материала.

При макроскопическом изучении пород трудно точно выяснить полный минералогический состав слагающих их зерен. В редких случаях состав песков или песчаников можно установить по цвету (гранатовые пески).

Легко определить преобладание в породе кварца, однако и здесь могут быть ошибки, так как нередко полевые шпаты путают с кварцем.

Наличие не железистых рубашек или пленок и иных темных налетов на обломочном материале значительно затрудняет полевое описание. Наиболее полное минералогическое изучение производится в иммерсионных препаратах. Петрографический состав обломков пород определяется в шлифах. При микроскопических исследованиях составные части песчаных пород по своему количеству могут быть разбиты на три группы: главную составную часть, определяющую основной характер породы; примесь, в процентном отношении незначительную (1—10%), но легко заметную (иногда даже макроскопически), и редко встречающиеся минералы, содержащиеся в ничтожном количестве (десятые и сотые доли процента каждый или 0,5—2% вместе взятые). Редко встречающиеся минералы обычно в шлифах не обнаруживаются.

При описании шлифов или иммерсионных препаратов под микроскопом необходимо отмечать степень выветрелости зерен различных минералов, а также следы их вторичных изменений и механического воздействия на них. Важно производить по возможности детальные видовые определения минералов, в частности полевых шпатов, роговых обманок, пироксенов и т. д., а также обломков пород.

При описании особенностей зерен того или иного минерала и особенно кварца следует учитывать и наличие в них трещиноватости. включений пузырьков газа, воздуха и мельчайших кристаллов акцессорных минералов; отмечают и характер угасания. Одновременно в шлифах или иммерсионных препаратах обычно производят подсчет процентного содержания терригенных минералов и обломков пород.

При полевом описании наблюдения над формой зерен могут быть сделаны лишь в редких случаях — в более грубозернистых и не сцементированных разностях. Макроскопически хорошо заметна резко угловатая форма зерен в туфогенных и туффитовых песчаниках.

В шлифах форма зерен определяется точнее. Здесь имеется возможность точно фиксировать, какие терригенные обломки в зависимости от размера и их состава обладают той или иной формой. Но и в шлифах. поскольку каждое зерно в нем наблюдается только в одном разрезе, не дающем представления о его форме в целом, не всегда можно правильно охарактеризовать степень окатанности обломочного материала.

Более точные результаты получаются при определении формы зерен под бинокулярном лупой; последнюю особо удобно применять для изучения песков или легко дезинтегрируемых песчаников. Однако использование бинокулярной лупы, в силу оптических свойств прибора, ограничивается определенной размерностью фракций, а именно фракцией с размером больше 0,25 мм; форму зерен более мелких фракций определяют под микроскопом. При изучении материала под бинокулярной лупой на стекло равномерно насыпают в один слой исследуемую фракцию и подсчитывают количество зерен по указанным выше группам. При изучении формы мелких зерен пользуются имерсионными препаратами. Макроскопически в полевых условиях можно довольно точно определить состав цемента по реакции пород с HCl, по размоканию породы в воде, по цвету, по характерному излому и т. д. (М. С. Швецов, 1948, стр. 222). Однако все эти определения необходимо проверять при камеральной обработке материала, изучая цемент в шлифах. Отдельные, трудно определимые составные компоненты можно исследовать также в иммерсии.

При изучении характера цементации очень важным является выделение первичного и вторичного цемента, выяснение последовательности выделения разнообразных новообразований во время цементации песчаников, а также нахождение реликтов прежних типов цемента.

В непосредственной связи с цементацией песчаников находится крепость и пористость этих пород. Крепость или прочность породы часто смешивают с ее твердостью. Твердость определяется минеральным составом зерен и цемента. Крепость же породы, на которую, безусловно, влияют и свойства слагающих ее минералов, прежде всего обусловливается типом ее цементации и сохранностью цемента. Ориентировочно и условно ее следует определять в поле (крошится порода, не крошится, как она раскалывается). Точное определение крепости путем лабораторных исследований производится лишь при специальных исследованиях.

Изучение песчаников в шлифах обычно позволяет довольно точно говорить и о причнне той или иной степени крепости породы.

Пористость пород обычно определяется методом пропитывания керосином (И. А. Преображенский, 1931, 1932). Структура порового пространства изучается под микроскопом в шлифах образцов, пропитанных бакелитом (П. П. Авдусин и М. А. Цветкова, 1938).

В тесной связи с минералогическим составом терригенной части породы и с составом цемента обычно находится цвет песчаников. Цвет определяется макроскопически в основном при полевых исследованиях. При описании цвета необходимо отмечать степень его постоянства, характер возможных изменений его от кровли к подошве слоя. В случае пятнистой окраски, которая нередко наблюдается среди пестроцветных осадков, необходимо отметить основной тон породы и цвет пятен. Иногда применяют лабораторные методы определения цвета (см. ч. II). Изучение породы в шлифах позволяет более точно установить причину той или иной окраски.

Существенным разделом изучения песчаников и алевролитов является изучение их текстуры, т. е. прежде всего их слоистости. Эта работа целиком производится в полевых условиях.

Органические остатки в породах являются чрезвычайно важным компонентом для разнообразных выводов об условиях образования пород. Поэтому при полевых наблюдениях необходимо тщательно фиксировать в песчаниках и алевролитах присутствие растительных остатков и остатков фауны. Важно отмечать характер сохранности остатков фауны и флоры, их размеры, распределение и расположение в породе и для хорошо сохранившихся форм положение раковин по отношению к плоскости наслоения. Если имеется возможность, то в полевых и особенно детально в камеральных условиях ведется определение органических остатков до родов и видов и производится относительный подсчет различных видов. В шлифах эти наблюдения дополняются выявлением степени изменения (углефикации) растительных остатков, разрушения и перекристаллизации обломков раковин и пр.

Помимо перечисленного, в полевых и камеральных условиях ведутся наблюдения над всевозможными включениями в породах — конкрециями, секрециями, жилками, рассекающими породу, различными кристаллическими сростками. Описываются их структурные и текстурные признаки, размеры, расположение в породе, взаимоотношения с ней. Детально состав включений и их структура изучается уже в шлифах. Мелкие минеральные новообразования, присутствующие в песчаниках и алевролитах в виде зерен, тонкорассеянных выделений (иногда как продукт разложения терригенных зерен) и в виде цемента, исследуются в основном в шлифах.

Наряду с минералого-петрографическим изучением песчаников и алевритов, их необходимо исследовать также химически.