Фролов В.Т. Руководство к лабораторным занятиям по петрографии осадочных пород

Подождите немного. Документ загружается.

будет идти на жидкость, т. е. я

< 1,528 (№ 34). Этот резуль-

тат и записывают.

Жидкость № 34 разделила показатели преломления мине-

рала: для определения одного из них (п

) надо теперь идти;

вниз,

для определения другого (n

) — вверх, т. е. брать жид-

кости больших номеров. Однако, если не удалось найти зерно

с п

< 1,528 (№ 34), и для определения п

берут большую

жидкость.

Для ускорения отыскания зерна со значением п'

меньше

показателя преломления жидкости (так же, как и при оты-

скании больших rig —см. ниже) более опытные литологи по-

ступают следующим образом. Постоянно работая винтом мик-

рометрической наводки (то поднимая, то опуская тубус),

наблюдают за всем полем зрения (или за отдельной его ча-

стью,

если много в нем зерен) и ищут зерна, у которых поло-

ска Бекке будет идти при поднятии на жидкость (для n

—

на минерал). Если зерен в поле зрения достаточно много,

такие обязательно найдутся, конечно, при условии, что п

меньше преломления этой жидкости и что минерал не обла-

дает такой спайностью, которая мешает зернам принимать

любое положение. У минералов с хорошей спайностью часто*

вообще нельзя найти положения зерна, отвечающего главно-

му сечению индикатрисы, и, следовательно, дающего возмож-

ность определить минимальное или максимальное (или и то>

и другое) значение п

и n

. Зерна этих минералов в извест-

ной мере будут ложиться однообразно — на лучшую спай-

ность, а главное сечение не обязательно ей параллельно

(например, у карбонатов; см. рис. 6) и поэтому оптическая

ось или плоскость оптических осей не будет параллельна,

столику микроскопа (она не будет лежать).

Но вернемся к ходу работы. Найдя зерно с п

<1,528

;

(№ 34), берут жидкость № 33, в которой также стремятся

найти п

меньшего значения, т. е. п

< 1,524 (№ 33). Теперь

это сделать труднее, так как зерен с соответствующим сече-

нием будет меньше или вообще не будет.

Если меньшее значение п

не находится (или у нас нет вре-

мени добиваться более точного результата), можно считать,

что п

определен: его величина будет равна среднеарифмети-

ческому показателей преломления жидкостей № 33 и 34. Надо>

только проверить, меняет ли п

свое значение в разных сече-

ниях, т. е. является ли он необыкновенным или обыкновенным

показателем преломления. Обычно это становится ясным само

собой, только надо задуматься над результатами наблюдений.

http://jurassic.ru/

В самом деле, если в жидкости (например, № 34) встре-

чались зерна, у которых оба показателя были больше прелом-

ления жидкости, и было найдено зерно с п

< показателя

жидкости № 34 (a n

, естественно, будет больше), то ясно,

что п

— необыкновенный показатель преломления, посколь-

ку величина его изменяется в зависимости от сечения.

С другой стороны, если п

будет постоянным (п

), то все

зерна (а не единичные) в соответствующей жидкости (напри-

мер,

№ 33) будут давать в положении п

один и тот же ре-

зультат: тг

> 1,524 (№ 33), т. е. будут обнаруживать диспер-

сионный эффект и другие признаки близкого сходства вели-

чин показателей преломления минерала и жидкости.

Отсюда становится понятным, что величина п

определяет-

ся легко и точно, поскольку она постоянна в любом зерне, как

•бы зерна не лежали, а величина п

находится труднее или,

в минералах с совершенной спайностью и непараллельностью

«й главного сечения, определяется п

, нередко значительно

большее (в случае n

) или меньшее (в случае n

), чем п

Определив п

, подбирают жидкости к n

. Первую жид-

кость в зависимости от рельефа в жидкости № 34 берут до-

статочно далеко, например № 44 (1,568). Предположим, по

первому зерну мы записали такой результат: П\<^ 1,568

(№ 44), п

> 1,568 (№ 44). Можно не смотреть других зерен,

а сразу переходить к жидкости с большим номером (напри-

мер,

№ 46 или № 47). Если у минерала оба показателя будут

меньше, чем у этой жидкости, мы тем не менее ищем другие

зерна, у которых n

был бы больше. Если такое зерно на-

шлось, записываем последний результат и берем следующую

жидкость.

Уже этот факт свидетельствует о том, что n

—необыкно-

венный показатель преломления (если и п

окажется необык-

новенным — минерал двуосен). Жидкости подбирают до тех

нор,

пока не будут находиться зерна с большими, чем у

.жидкости, показателями преломления. Таким образом, и здесь

точность определения показателя преломления во многом

зависит от количества вложенного труда и опытности.

После определения показателей преломления переходят к

другим оптическим свойствам: осности, знаку, двупреломле-

нию,

углу угасания, схеме плеохроизма и т. д.

Для определения осности не обязательно прибегать к схо-

дящемуся свету. Из вышеизложенного следует, что ее опре-

деляют автоматически при определении характера показате-

лей преломления: если они оба необыкновенные, минерал

двуосен, а если один из них обыкновенный — одноосен. У од-

http://jurassic.ru/

ноосных минералов прямым путем определяется и оптический

знак: при п

—

минерал положителен, при /г

=%-— отрица-

телен. Знак двуосных минералов определяют коноскопически.

Величину двупреломления оценивают по цветам интерфе-

ренции и численно, как разность найденных величин п

и п

Следует иметь в виду, что при неточном определении пере-

менных величин n

и п

неточность двупреломления может

усилиться, и величина его будет всегда занижена.

Другие оптические свойства определяют по обычной ме-

тодике.

Средний показатель преломления п

легче всего опреде-

лять на разрезах, перпендикулярных оптической оси, т. е.

на изотропном сечении индикатрисы. Эти разрезы, как из-

вестно, находятся по темной или серой, не меняющейся при

вращении столика микроскопа, интерференционной окраске'.

Однако в иммерсионных препаратах не всегда удается най-

ти такие разрезы, так как зерна многих минералов, облада-

ющих хорошей спайностью, ложатся в известной мере одно-

образно и не принимают нужного положения.

Статистический метод определения п

описан Г. Б. Боки-

ем (1948). Первый препарат готовят с жидкостью, показа-

тель преломления которой приблизительно равен среднему

арифметическому n

и п

. В этом препарате находят зерно,

у которого полоска Бекке для обоих показателей движется;

в одну сторону. Если они оба больше показателя преломле-

ния жидкости, то мы имеем разрез N

, т. е. не только'

tig, но и п

больше показателя преломления этой жидкости.

Следовательно, и п

больше. Надо взять следующую, боль-

шую по номеру жидкость и найти в ней зерно, у которого'

полоска в обоих положениях погасания будет идти на жид-

кость, т. е. оба показателя преломления — n

и п

, а следо-

вательно и п

— будут меньше, чем у жидкости. Если эта жид-

кость окажется соседней по номеру, тогда п

уже будет оп-

ределен как среднее арифметическое их показателей прелом-

ления. Если жидкости сильно отличаются друг от друга, на-

до сузить интервал, т. е. найти промежуточные жидкости, в.

которых для обоих показателей преломления полоска будет

идти в одну сторону — на минерал или на жидкость.

Методы окрашивания

В числе разнообразных методов минералогического ана-

лиза все больше распространяются способы диагностики ми-

нералов с помощью реакций окрашивания. Одни из этих ре-

http://jurassic.ru/

акций были известны и применялись давно, другие — пред-

ложены в последние годы. Расширяется и область их при-

менения: в настоящее время методами окрашивания опреде-

ляют глинистые, карбонатные, фосфатные и некоторые дру-

гие минералы и руды. Выявление новых красителей, в том

числе и искусственно созданных, все время увеличивает воз-

можности методов окрашивания и расширяет «руг минера-

лов,

определяемых ими. Многие методы окрашивания просты

в применении, что позволяет исследовать породы в массовом

количестве не только в лабораторных, но и полевых услови-

ях. Во многих случаях реактив-краситель наносят на обычный

образец, в других — окрашивают шлиф, в третьих — суспен-

зию,

также большей частью легко приготовляемую. Резуль-

таты окрашивания устанавливаются, как правило, сразу

же после реакции. Более подробно методы окрашивания

рассматриваются ниже по отдельным группам пород,

(стр.

214, 288).

Химический анализ

Изучение осадочных пород, в особенности осадочных по-

лезных ископаемых, химическими методами производилось

давно, когда еще не существовало самостоятельной науки

об осадочных породах. Масштабы этого изучения также

были немалыми, особенно в сравнении с другими методами

исследования литологических объектов. Тем не менее за

последние 25—30 лет химический анализ осадочных пород

в связи с более разнообразными задачами значительно рас-

ширился, обогатился новыми методами и приобрел новые

черты.

В настоящее время основными задачами химического

анализа осадочных пород являются, по Н. М. Страхову

(«Методы изучения осадочных пород», 1957, т. II, стр. 5—6):

Собственно химическое изучение—выяснение количе-

ственного содержания основных породообразующих элемен-

тов (или их окислов) независимо от их минералогической

формы.

Помощь минералогическому анализу — установление

наличия и главным образом количественных соотношений

входящих в осадочные породы минералов и других естест-

венных компонентов.

Геохимическое изучение — определение тех компонен-

тов,

которые позволяют выяснить геохимические условия

формирования пород или могут быть использованы для кор-

реляции немых толщ.

53.

http://jurassic.ru/

Каждая из этих 'задач решается большей частью своими

методами химического анализа: первая — валовым анали-

зом, вторая—рациональным химическим анализом, третья—

специальными геохимическими исследованиями.

Валовой химический анализ, полный или сокращенный, —

в зависимости от количества определяемых компонентов —

•называется также силикатным, поскольку впервые был при-

менен к силикатным изверженным породам.

Он заключается в определении (в окисной форме или

пересчитываемого на окисную форму) содержания главных

химических компонентов: Si0

, Ti0

, А1

, FeO, МпО, СаО,

MgO,

0, Na

0, Р

, S0

, С0

, Н

0+, Н

0", т. е. в опре-

делении содержания окислов четырехвалентных элементов

(БЮг, ТЮ

); полуторных, трехвалентных окислов

(AI2O3,

ЁегОз); окислов двухвалентных элементов (Fe, Мп, Са, Mg),

из которых последние два составляют группу щелочнозе-

мельных элементов или, сокращенно, щелочных земель;

окислов щелочных элементов (К и Na), фосфора, серы, угле-

кислоты и воды гигроскопической (Н

0~) и химически свя-

занной (Н

0+)—кристаллизационной и конституционной.

Нередко последние компоненты (С0

, Н

0~, Н

0+) не раз-

деляются, а определяются вместе как потеря при прокали-

вании, т. е. как потеря в весе при нагревании до 600°, а в

некоторых случаях до 800—900°. Если гигроскопическая

влага, которая находится в мельчайших порах в породе или

адсорбирована тонкодисперсными частицами, удаляется при

нагревании до 100—105°, то вода, химически связанная, уда-

ляется при более высоких температурах: кристаллизацион-

ная,

которая, участвуя в построении кристаллической ре-

шетки минералов, сохраняет свою молекулярную форму

(как, например, в гипсе — CaS04-2H

0), выделяется при

нагревании до 300°, хотя начало ее удаления относится

иногда к температурам ниже 100°; конституционная вода,

которая входит в молекулы минералов уже в виде ионов Н+

и ОН

, т. е. не сохраняет своей молекулярной целостности,

удаляется большей частью при более высокой температуре

(до 600°). Однако при этой температуре начинают диссоци-

ироваться карбонаты, сначала железистые (сидерит, анке-

риты),

а потом и магнезиальные и известковые (доломит,

магнезит, кальцит, арагонит). Это увеличивает (за счет

карбонатного С0

) потерю при прокаливании и затрудняет

определение Н

0+. Есть и другие обстоятельства (например,

разложение хлоридов), усложняющие расшифровку потери

при прокаливании. Все это нередко заставляет определять

.54

http://jurassic.ru/

ее по наиболее максимальному значению, т. е. при прока-

ливании до высоких температур (до 900°).

Валовой анализ дает верное представление о химическом

составе пород, но редко может быть использован для пере-

счетов на минералогический состав, так как один и тот же-

окисел может входить в разные минералы.

Например, СаО входит в полевые шпаты, карбонаты,

пироксены, монтмориллониты и другие минералы, которые

могут находиться в одной и той же породе. Поэтому вало-

вое содержание СаО не определяет содержания отдельных

минералов, в которые входит кальций. То же самое можно*

сказать и о других компонентах.

Чаще всего этот анализ применяется при изучении руд,

для которых важно знать именно валовое содержание по-

лезного компонента (например, Al, Fe, Mn, Mg, Ридр.).

В минералогических целях он используется при изучении

глин, поскольку данные анализа в случае мономинеральных,

пород часто могут быть однозначно пересчитаны на мине-

рал, а при более сложном составе по содержанию щелочей,

Са, Mg, воды и отношению Si0

: А1

определяют минера-

логический тип глины.

Рациональный химический анализ все более заменяет ва-

ловой, поскольку позволяет лучше использовать химические*

данные для выяснения минералогического состава пород, а

последний и определяет чаще всего основные их свойства,

а также условия образования.

Известно, что почти в любой породе помимо основной

твердой фазы содержится жидкая, а иногда и газообразная.

В жидкой фазе — воде — часто растворены хлориды, суль-

фаты и другие соли. Особенно сложным и гетерогенным бы-

вает состав твердой фазы, которая наряду с пестрым комп-

лексом терригенных минералов обычно содержит аутиген-

ные карбонаты, опал, кварц, глауконит, фосфаты, сульфиды

и другие минералы. Обычными петрографическими метода-

ми может быть выявлено лишь присутствие этих'минералов

и дана грубая (особенно при незначительном содержании и

микрозернистых структурах) оценка содержания. Задачей

рационального анализа является определение более точного-

содержания этих минералов. Успешно он может производить-

ся лишь после петрографического изучения породы и

определения минералов, что позволяет подобрать под-

ходящую схему анализа и затем правильно

истолковать его цифровые данные.

«Таким образом, рациональный химический анализ при-

55-

http://jurassic.ru/

зван не заменять минералогическое изучение пород, а до-

полнять его» («Методы изучения осадочных пород», т. II,

стр.

7), как и термический, рентгеноструктурный и ряд дру-

гих специальных анализов. Попытки заменить химическим

анализом минералого-петрографическое изучение успехом не

сопровождались.

Не рекомендуется поэтому сдавать одновременно один и

тот же образец на шлиф и химический анализ, поскольку

последним могут быть не выявлены некоторые компоненты

(фосфаты в песчаниках; целестин, флюорит и другие в до-

ломитах). Н. М. Страхов рекомендует всегда придерживать-

ся принципа — сдавать на химический анализ те образцы,

минералогический состав которых известен. Это дает воз-

можность наиболее целесообразно не только выбрать схему

анализа, но и видоизменить лабораторные приемы.

Конкретные методы рационального анализа разнообраз-

ны и определяются типом породы и задачами исследования,

а также характером тех компонентов, которые следует

определить.

Карбонатные минералы определяются из солянокис-

лой вытяжки, т. е. из раствора НС1, которым обраба-

тывают взятую пробу породы. Важным является вопрос о

концентрации НС1. 10%-ная кислота, которая широко

применялась для вытяжек, как установлено работами

Н. М. Страхова и Э. С. Залманзон (1955), растворяет не

только карбонаты, но и значительную часть силикатов

(лептохлориты, глинистые минералы и другие), что делает

неопределенным истолкование данных анализа. Поэтому они

рекомендуют применять более слабую (2%-ную кислоту) и

сократить срок кипячения. Для растворения кальцита, ара-

гонита, доломита и магнезита достаточно нагреть кислоту

до кипения, а для извлечения анкерита, сидерита и других

железистых карбонатов требуется пятиминутное кипяче-

ние,

причем растворение навески надо вести в токе С0

или

инертного газа (N

) для изоляции от воздуха, чтобы избе-

жать перехода Fe++ и Мп++ в высшие окислы. Количество

кислоты, необходимое для полного извлечения карбонатов,

рассчитывается по данным об общей карбонатности (изуче-

ние в шлифах или пробные определения).

Из солянокислой вытяжки определяют Si0

, А1

03,

СаО,

MgO,

05,

SO3. Определение FeO и МпО производит-

ся из отдельных навесок, как и определение С0

, С-органи-

ческого, S-пиритной и некоторых других компонентов. Для

контроля и правильного пересчета на карбонатные соли

http://jurassic.ru/

данных анализа особенно необходимо определение С0

. Оно*

ведется разными методами, в частности довольно быстро на

аппарате Кноппа—Фрезениуса («Методы изучения осадоч-

ных пород», 1957, т. II, стр. 30—32). Если карбонат пред-

ставлен одним минералом, то для определения его со-

держания достаточно знать лишь количество СОг. Умножив

весовое процентное содержание С0

в породе на соответст-

вующий коэффициент (для кальцита он равен 2,274, для

доломита — 2,09, сидерита — 2,63, а для других — легко

находится из молекулярного соотношения С0

—MgC03

и т. д.), получим довольно точные данные по содержанию

карбоната в породе. В ряде случаев рациональный анализ

карбонатов может быть упрощен за счет исключения опера-

ций определения компонентов, о которых известно, что их

нет в породе (например, при отсутствии сульфатов, фосфа-

тов излишне во всех пробах определять S0

и P

Os, как при

отсутствии железистых карбонатов можно ограничиться

определением общего железа — Fe

— или вовсе его не

определять).

Данные карбонатного анализа должны быть пересчитаны

на соли (см. стр. 299, а также «Методы изучения осадочных

пород», 1957, т. II, стр.

—15).

Фосфатные минералы, а также гипс и ангидрит также

определяются из солянокислой вытяжки (см. выше).

Органическое вещество — важнейший компонент осадоч-

ных пород — определяют суммарно или по основным груп-

повым компонентам (битум А, битум С, гуминовые вещест-

ва и остаточное углистое вещество — «Методы изучения

осадочных пород», т. II, стр. 17—18). При обычных литоло-

гических исследованиях достаточно определить валовое

содержание С

орг

, по которому можно судить о всей массе

органики. Обычно это определение ведется методом «мокро-

го сжигания» на аппарате Кноппа — Фрезениуса после обра-

ботки НС1 и отгонки С0

. Сжигание ведется концентриро-

ванной серной кислотой (1:1 или лучше 3:2). Следует

иметь в виду, что значительные массы (свыше 3%) органи-

ческого углистого вещества полностью не окисляются, а

антрацитовые угли практически не поддаются этому сжига-

нию.

Пересчет органического углерода на органическое

вещество ведется в почвоведении с помощью коэффициента

1,727.

Поскольку органическое вещество осадочных пород

отлично от почвенного и различно по типам, надо опреде-

лять свои коэффициенты. Пока их нет, следует оперировать

ЛИШЬ

рг-

57/

http://jurassic.ru/

Рациональный химический анализ применяют для изу-

чения минералогических форм и других компонентов —

-серы, железа, кремнезема (см. «Методы изучения осадочных

пород», т. II, стр. 18—23 и гл. HI, IV), на которых здесь

можно не останавливаться. Некоторые из них рассматрива-

ются в гл. IV.

Рациональный анализ жидкой фазы пород обычно

ведется из водной вытяжки, которую получают при

кипячении породы в дистиллированной воде. Поскольку при

этом частично растворяется и твердая фаза (карбонаты Са,

Mg, сульфаты Са и другие) и происходит обмен основания-

ми,

приходится отказываться от использования этого мето-

да, как универсального. Более удовлетворительные резуль-

таты он дает для песчаных и алевритовых пород, отчасти

•—

для известняков, менее удовлетворительные — для глин и

мергелей.

Другой способ — механическое отжимание воды — слиш-

ком трудоемкий и также не является методом массового

изучения.

Специальные геохимические исследования для определе-

>ния условий образования пород и корреляции разрезов ста-

ли производиться сравнительно недавно, и методы их, по

заключению Страхова, еще недостаточно разработаны и

обоснованы. Тем не менее они представляют интерес. Цель

одних методов — определение солености древних водоемов,

других — определение рН и Eh в их наддонной воде и осад-

ках, третьих — использование химических особенностей для

расчленения и сопоставления разрезов.

Определение солености древних водоемов основывается

на частично подтвержденном предположении о ее соответст-

вии составу поглощенных породами катионов и анионов.

Для исследования берутся глинистые породы, которые, об-

ладая в состоянии ила наибольшей пористостью и, следова-

тельно, влажностью, больше других пород заключают в себе

первичную воду бассейна или свежего ила и вместе с рас-

творенными в ней солями переводят ее в ископаемое

•состояние. В глинистых породах, практически водонепрони-

цаемых, имеется и большая возможность сохранения пер-

вичных солей (в виде растворимой твердой фазы или в

растворе в жидкой фазе) от промывания грунтовыми рас-

творами. Поэтому, определяя в водной или другой слабой

вытяжке содержание и соотношение этих солей, можно со-

ставить представление о солености древних морей.

Г. Л. Стадников (1957) еще в начале 40-х годов предло-

гов

http://jurassic.ru/

жил в качестве показателя солености брать отношение по-

глощенных катионов Na+ и Са++. После Великой отечествен-

ной войны Л. А. Гуляева (1951), а затем А. А. Карцев (1953)

и другие за такой показатель предложили брать содержание

хлора, а в 1953 г. Гуляева — содержание иона аммония

NH^ (метод «порога вытеснения») и хлор-бромный коэффи-

циент CI : Вг. Страхов («Методы изучения осадочных пород»,

т. II, стр. 157—160), критически рассматривая возможности!

этих методов, приходит к выводу, что они более применимы

для слабо измененных диагенезом пород, т. е. для молодых

отложений. Возможность применения их для сильно изме-

ненных пород более древних эпох должна быть проверена'

на большем числе анализов и, вероятно, будет небольшой,

поскольку глубокие преобразования в стадии диагенеза и,

эпигенеза сильно меняют содержание и соотношение назван-

ных выше компонентов.

Прямых химических методов определения щелочно-кис-

лотного (рН) и окислительно-восстановительного (Eh) по-

тенциалов древних водоемов нет. Представление о них

может быть получено на основании изучения минералов,

чувствительных к этим сторонам среды: гидроокислов Fe и

Мп,

их карбонатов, силикатов (глауконит, шамозит и дру-

гие),

сульфидов (пирит, марказит и другие), а также орга-

нического вещества («Методы изучения осадочных пород»,

т. II, стр. 160—174). Для определения окислительно-восста-

новительных условий в осадке по этим минералам недавно

предложены два метода — по сульфидной сере, при учете

всего комплекса аутигенных минералов (Гуляева, 1953,

1955) и по балансу аутигенных форм железа: 1) окисного

(гидрогетитового), 2) лептохлоритового и сидерито-анкери-

тового и 3) сульфидного — с учетом органического вещества

(Страхов и Залманзон, 1955).

В последнее время химические показатели, в частности

малые элементы, рН и Eh, начинают использовать для кор-

реляции разрезов. Массовое спектроскопическое определе-

ние содержания малых элементов делает этот метод рабо-

чим («Методы изучения осадочных пород», т. II, стр. 494—

502).

Следует только обратить внимание на правильный-

отбор образцов для исследования: они должны представлять

разные типы пород и браться с учетом строения толщи и

чередования отдельных пород. Истолкование, в частности

вычерчивание приколоночных кривых, следует вести по ти-

пам пород, если они заметно различаются по содержанию

малых элементов.

59-

http://jurassic.ru/