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

Подождите немного. Документ загружается.

вичного пучка на данную плоскость кристаллической решет-

ки,

что наглядно позволяет представить дифракцию как

результат отражения первичного луча от плоскостей решетки.

Кристаллическую решетку, характеризующуюся, как из-

вестно, периодичностью в трех измерениях, можно рассма-

тривать и как совокупность плотнорасположенных элемен-

тарных ячеек — параллелепипедов, в вершинах которых рас-

положены узлы решетки, и как совокупность узловых (т. е.

проходящих через узлы) прямых (рядов решетки) или узло-

вых плоскостей (плоских сеток). Таким образом, каждая

решетка характеризуется определенной совокупностью меж-

плоскостных расстояний, зависящих от размеров и формы

ее элементарной ячейки. Эти расстояния, определенные для

каждого минерала, запечатлеваются в дифракционной кар-

тине— картине рассеяния волн, которую можно наблюдать

на флюоресцирующем экране или на фотопленке.

Следы пересечения лучей с такой поверхностью — дифрак-

ционные пятна или линии — называют рефлексами. Они обо-

значаются теми же индексами (но без скобок), что и плоско-

сти решетки, отражением от которых они получены. Форма

и взаимное расположение рефлексов зависят от направления

дифракции, а их интенсивность — от интенсивности (энергии)

дифракционных лучей.

При расшифровке дифракционных картин (рентгенограмм

или электронограмм) на основании анализа их геометриче-

ских особенностей определяются размеры элементарной

ячейки и пространственной группы решетки (в частности,

межплоскостные расстояния), а по интенсивности рефлек-

сов—

положение атомов внутри элементарной ячейки. Кроме

того,

по форме и протяженности рефлексов можно судить

о степени совершенства структуры, ее дефектах и т. д.

Рентгеноструктурный анализ (рентгенография) чаще все-

го осуществляется с помощью так называемых характери-

стических рентгеновских лучей, обладающих определенной

длиной волны. В отличие от лучей непрерывного рентгенов-

ского спектра, в котором имеются электромагнитные коле-

бания разных длин волн, характеристические получаются при

больших энергиях электронов, которые должны. быть спо-

собны выбить электроны с внутренних орбит атомов веще-

ства анода. Длина волны при этом зависит от материала

последнего и силы тока и напряжения. Наиболее распро-

странены аноды из железа, кобальта, никеля, меди. Иссле-

дования ведутся как на просвет, так и на отражение.

По характеру объекта изучения различают методы иссле-

http://jurassic.ru/

дования монокристаллов и более распространенные в лито-

логии — методы исследования поликристаллов, чаще всего

метод Дебая—Шеррера, или метод порошка.

Метод Дебая—Шеррера.

Тонко измельченный порошок

исследуемого вещества в количестве нескольких десятых до-

лей грамма (одно из достоинств метода — малое количество

образца) спрессовывают в тонкий столбик диаметром

0,3—1 мм (продавливают через капиллярную трубочку). Из

глин лучше готовить пленки ориентированных частиц. Стол-

бик помещают в центр металлической, обычно цилиндриче-

ской камеры Дебая, а пленку можно поместить на стенку ка-

меры. Пучок лучей из рентгеновской трубки проникает через

отверстие в камеру, проходит через образец и попадает на

экран на противоположной стороне камеры. Часть лучей,

претерпев дифракцию в образце, отклоняется и запечатле-

вается на рентгеновской фотопленке, помещенной на стенке

камеры. Камеры различаются диаметром. Малые камеры

(диаметр 5—6 см) требуют меньшей экспозиции, но из-за

меньшей разрешающей способности результаты часто недо-

статочно точны. Камеры же большего размера (до 14—15 см),

значительно увеличивающие разрешающую способность (это

особенно важно при исследовании смесей), требуют большой

экспозиции (до 39 час и более).

Рентгенограмма, или дебаеграмма, представляет собой

систему линейных рефлексов, расположенных симметрично

по обе стороны от центрального пучка (на его месте обычно

проделывается отверстие). Измеряя расстояние и интенсив-

ность наиболее характерных, а также в ряде случаев и дру-

гих линий, можно рассчитать межплоскостные расстояния и

по справочникам (А. К. Болдырев и др., 1938, 1939; И. Д. Сед-

лецкий, 1941 и др.) или по эталонным рентгенограммам опре-

делить минерал или расшифровать смесь минералов. В по-

следнем случае нередко приходится прибегать к данным дру-

гих методов (химического, термического и др.).

Электронографию осуществляют с помощью электроно-

графа или универсального электронного микроскопа. От

последнего электронограф мало отличается — в нем нет

объективной и проекционной линз, позволяющих видеть

объект. Во всем остальном, в том числе и в методике при-

готовления препаратов, в экспериментальной технике (усло-

вия большого вакуума и другие) они аналогичны. В электро-

нографе тонко сфокусированный пучок электронов, пройдя

через препарат (или отразившись от него при исследовании

на отражение), попадает на экран, где создает дифракцион-

http://jurassic.ru/

ную картину рефлексов. Передвигая и наклоняя объект,

можно выбрать наиболее характерную и четкую картину и,

вставив вместо экрана фотопленку, сфотографировать ее.

Экспозиция в отличие от получения рентгенограмм неболь-

шая и равна около 1 сек. Это позволяет пропускать больше

образцов, а также наблюдать за изменением структуры при

быстро протекающих процессах.

Электронография применяется в основном пока к пла-

стинчатым, в том числе к глинистым минералам, электроно-

граммы которых более содержательны по сравнению с изо-

метричными кристаллами, поскольку благодаря своей пла-

стинчатой форме они ложатся более упорядоченно (образуют

текстурированные поликристаллы) и дают более тонкие пре-

параты. При прохождении луча перпендикулярно препарату,

благодаря беспорядочному повороту листочков вокруг нор-

мали к ним, электронограмма представляет собой систему

концентрических колец. При наклоне препарата к лучу окруж-

ности превращаются в эллипсы и распадаются на самостоя-

тельные рефлексы — дужки; появляются и новые рефлексы

(«Методы изучения осадочных пород», т. I, стр. 409). Эта

более богатая картина дает больше возможностей для рас-

чета электронограмм и определения как самого минерала,

так и степени совершенства его структуры. Поэтому для пла-

стинчатых минералов чаще всего получают электронограммы

от наклонных текстур.

Электронография — ценное дополнение к исследованию в

электронном микроскопе и к рентгенографии, перед которой

она имеет помимо большей пропускной способности то пре-

имущество, что лучше расшифровывает наиболее тонкие

фракции, устанавливает наличие закономерных сростков ми-

нералов и выделяет их из механической смеси; помогая про-

индицировать все рефлексы рентгенограмм, она существенно

дополняет этот метод и увеличивает возможность решения

сложных структурных задач.

http://jurassic.ru/

ГЛАВА II

ИЗУЧЕНИЕ ОБЛОМОЧНЫХ ПОРОД

Обломочные породы представляют собой одну из самых

важных и распространенных групп осадочных пород и отли-

чаются разнообразным, большей частью сложным составом

и различными условиями образования. Изучение их инте-

ресно как с практической точки зрения, поскольку они часто

являются полезными ископаемыми (стройматериалы и дру-

гие) или служат вмещающими породами для них (россыпи,

нефть, вода и другие), так и в теоретическом отношении.

Последнее определяется ценностью обломочных пород как

геологических документов, помогающих восстанавливать не

только условия седиментации в каком-то бассейне, но и опре-

делять состав, положение, рельеф и другие особенности древ-

них областей размыва, большей частью исчезнувших с лика

Земли; они более полно, чем другие породы, отражают'и

процессы преобразования, протекающие в толщах осадоч-

ных пород при их'погружении и переходе в породы метамор-

фические, на происхождение которых они проливают свет.

Изучение обломочных пород интересно также и в мето-

дическом отношении, в частности — ценно в учебных целях.

Для последних важно то, что несмотря на сложность состава

и строения обломочные породы могут быть изучены с доста-

точной полнотой относительно более простыми методами, из-

вестными студенту из курса петрографии магматических и

метаморфических пород, в частности макроскопически, а так-

же с помощью лупы, бинокуляра, простейших реактивов и

в шлифах под микроскопом. Изучение их облегчается также

тем обстоятельством, что основными компонентами породы

служат чаще всего уже известные минералы (кварц, полевые

http://jurassic.ru/

шпаты, слюды и др.) или обломки магматических и метамор-

фических пород. Обломочные породы вместе с тем дают воз-

можность познакомиться и с другими методами лаборатор-

ного исследования пород — механическим (гранулометриче-

ским) анализом, иммерсионным методом, методами окраши-

вания, термическим и химическим анализами и др.

Все вышеизложенное заставляет изучение осадочных по-

род начинать с обломочных пород.

Классификация обломочных пород

По способу образования исходного материала обломоч-

ные породы подразделяют на две большие группы: нор-

мальноосадочные и эффузивноосадочные, или туфогенные,

рассматриваемые отдельно (стр. 169).

Нормальноосадочные обломочные породы классифици-

руют прежде всего по структуре (величине обломков) и

меньше — по их форме, а также по тому, являются ли по-

роды рыхлыми или сцементированными. Поскольку струк-

тура— один из важнейших генетических признаков обломоч-

ных пород, их структурная классификация является в неко-

торой мере и генетической. Обломочные породы классифи-

цируют также и по минералого-петрографическому составу

обломочной части — другому важному их петрографическому

признаку. Иные классификации, в частности классификация

по типу и составу цемента, имеют уже частное значение, а

собственно генетическая классификация разрабатывается.

Общепринятой структурной, или гранулометрической, клас-

сификации обломочных пород в настоящее время еще нет.

Существуют ее многочисленные варианты, построенные ли-

тологами, грунтоведами и почвоведами в разных странах

(Преображенский и Саркисян, 1954, стр: 60—63). Однако

разнобой в понимании границ между структурными груп-

пами и классами в СССР с течением времени все же умень-

шается. Число групп и классов и их наименование является

уже практически общепринятым.

По величине зерен различают псефитовую (или грубо-

обломочную), псаммитовую (или песчаную, среднеобломоч-

ную),

алевритовую (или мелкообломочную) структуры, ко-

торые далее в этом же ряду сменяются пелитовой

(глини-

стой) структурой уже другой, глинистой группы пород.

Названия структур происходят от греческих слов «псефос», «псам-

мос»,

«алеврос» и «пелос», что означает «галька», «песок», «мука» и «гли-

на»,

или «грязь».

http://jurassic.ru/

В самой простой десятичной схеме, принятой в Москов-

ском нефтяном институте и наиболее распространенной в на-

шей литологии, конечные размеры выделяемых групп (клас-

сов) в 10 раз превосходят друг друга, т. е. группа грубо-

обломочных структур характеризуется обломками свыше

1 мм, класс песчаных структур от 1 до 0,1 мм, класс алеври-

товых— от 0,1 до 0,01 мм, пелитовые структуры начинаются

с частиц меньше 0,01 мм. Достоинство этой, как и других

десятичных классификаций, — равномерность шкалы, облег-

чающая систематику смешанных пород, и простота, благо-

даря которой она легко запоминается. Однако, как пока-

зали исследования грунтоведов и почвоведов, классификация

не учитывает изменения свойств пород при уменьшении (или

увеличении) размера слагающих их частиц: гидродинамиче-

ские особенности (способ переноса и осаждения), преиму-

щественный петрографический состав (обломки пород, об-

ломки минералов и глинистые частицы) и др.

За последнее время многими литологами предложены

схемы классификации, учитывающие эти особенности. Наи-

более разработана и обоснована из них схема Л. Б. Рухина

(1961),

во многом соответствующая их естественной группи-

ровке, обусловленной гидродинамическими свойствами, от-

личиями в составе, способах изучения и даже в практическом

использовании.

Рухин предложил: 1) сместить границу между песками

и мелкими псефитами — гравием с 1 мм на 2 мм; 2) делить

гравий на 2 фракции — мелкий (2—5 мм) и крупный

(5—10 мм); 3) сместить границу песков и алевритов с 0,01 мм

на 0,05 мм; 4) сместить границу алевритов и глин с 0,01 мм

на 0,005 мм. Первые два предложения многие литологи, в ча-

стности Г. Ф. Крашенинников, еще раньше учитывали в своих

классификациях, а последние остаются пока в значительной

мере дискуссионными, однако и они завоевывают все боль-

шее число сторонников.

На табл. 9, 10 приведены четыре классификации: широ-

ко распространенная, Московского нефтяного института,

Е. М. Сергеева и Л. Б. Рухина. В группе грубообломочных

пород выделяются классы валунов — глыб (крупнее 200 мм),

галек — щебня (200—10 мм) и гравия (10—2 мм). Далее эти

классы, как и пески и алевриты, подразделяются на грануло-

метрические типы: крупные (свыше 1000 мм), средние (1000—

500 мм) и мелкие (500—200 мм) валуны или глыбы; круп-

ную (200—100 мм), среднюю (100—50 мм) и мелкую (50—

10 мм) гальку или крупный, мелкий и средний щебень; круп-

http://jurassic.ru/

Таблица 9

Диаметр

частиц, мм

Широко распространенная

Московского нефтяного

института

j Е. М.

Сергеев (1959)

Л. Б.

Рухин (1961)

>200

валуны, глыбы глыбы

камни, валуны

валуны крупные

» средние

» мелкие

200-'00

галька

щебень

валуны

галька, щебень

галька крупная

100—50

50—10

галька

щебень

ед

гал

ька

мелк.

щебень

галька крупная

галька средняя > 25 мм

» мелкая

галька средняя

» мелкая

10-5

5-2

гравий (дресва) крупный

гравий (дресва) мелкий

гравий крупный

» средний>2,5 мм

гравий (хрящ)

гравий крупный

» мелкий

2-1

1—0,5

0,5 —0,25

0,25-0,1

песок грубозернистый

» крупнозернистый

» среднезернистый

» мелкозернистый

» мелкий

(2,5—1мм)

песок крупнозернистый

» среднезернистый

» мелкозернистый

песок грубозернистый

» крупнозернистый

» среднезернистый

» мелкозернистый

песок грубозернистый

» крупнозернистый

» среднезернистый

» мелкозернистый

0,1 -0,05

0,05—0,01

алеврит крупнозерни-

стый

алеврит мелкозернистый

алеврит крупный

» средний>0,025 мм

» мелкий

» тонкозернистый

пыль крупная

» тонкозернистый

алеврит крупнозернистый

» мелкозернистый

< 0,01

глина

пелит крупный

» мелкий 0,001 мм

» мелкая

глина (<0,005 мм)

глина крупная>0,001 мм

» мелкая >0,0002лж

» коллоидная<0,001 мм

Схемы гранулометрической классификации обломочных пород

http://jurassic.ru/

Таблица 10

Грубообломочные породы

Диаметр, см

рыхлые

сцементированные

окатанные

угловатые окатанные

угловатые

>20 валуны

глыбы

конгломерат валунный

брекчия глыбовая

20—10

галька крупная

щебень крупный

» крупногалечный

» крупная

10—5

» средняя

» средний » среднегалечный

» средняя

5—1

» мелкая

» мелкий

» мелкогалечный

» мелкая

•1—0,5

гравий крупный

дресва крупная гравелит крупнозернистый

дресвяник крупнозерни-

стый

0,5—0,2

» мелкий » мелкая

мелкозернистый

дресвяник мелкозерни-

стый

Диаметр, мм

Средне-мелкообломочные (песчаные и алевритовые) породы

2-1

песок грубозернистый

песчаник грубозернистый

1-1,5

» крупнозернистый

• ,5-1,25

» среднезернистый

• ,25—#,1

» мелкозернистый

• ,1-М5

алеврит крупнозернистый

алевролит крупнозернистый

• ,05—Ml

» мелкозернистый

<М1

глина (пелит)

аргиллит

КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЛОМОЧНЫХ ПОРОД

http://jurassic.ru/

ный (10—5 мм) и мелкий (5—2 мм) гравий или хрящ

(дресва), грубый (2—1 мм), крупный (1—0,5 мм), средний

(0,5—0,25 мм) и мелкий (0,25—0,1 мм) песок и крупный

(0,1—0,05 мм) и мелкий (0,05—0,01 мм) алеврит.

Гранулометрические типы песков часто называют с при-

бавлением слова «зернистый» (например: «грубозернистый»,

«среднезернистый», «мелкозернистый», т. е. по аналогии с со-

ответствующими типами песчаников и алевролитов). При вы-

делении (Рухин, 1961 и др.) в классе песков пятого типа

(0,1—0,05 мм) он называется тонким, или тонкозернистым,

песком; названия крупного и мелкого алеврита относятся

соответственно к более мелким типам (0,05—0,01 мм и

0,01

—

0,005 мм).

Среди грубообломочных пород по форме обломков, точ-

нее—

по тому, окатаны они или нет, выделяют два ряда по-

род: один представлен валунами, гальками и гравием, сла-

гающимися в основном окатанными обломками, другой —

глыбами, щебнем, дресвой (или хрящем) —неокатанным ма-

териалом. Оба ряда представлены как рыхлыми, так и сце-

ментированными породами. В первом ряду выделяются

классы: 1) валунные конгломераты — крупные, средние и

мелкие или крупновалунные, средневалунные и мелковалун-

ные конгломераты; 2) конгломераты крупногалечные, средне-

галечные и мелкогалечные; 3) гравелиты крупнозернистые

и мелкозернистые; 4) песчаники грубозернистые, крупнозер-

нистые, среднезернистые и мелкозернистые, а иногда и тон-

козернистые; 5) алевролиты крупнозернистые и мелкозер-

нистые.

В ряду неокатаннообломочных пород соответственно вы-

деляются классы: 1) глыбовые брекчии — крупные, средние

и мелкие, или крупноглыбовые, среднеглыбовые и мелкоглы-

бовые брекчии; 2) брекчии крупнощебенчатые или крупно-

обломочные, среднещебенчатые или среднеобломочные и

мелкощебенчатые или мелкообломочные; 3) дресва (или

хрящ) сцементированная крупнозернистая и мелкозернистая;

часто, однако, и дресвяные породы называют гравелитами,

т. е., как и в песчаниках и алевролитах, различия в окатан-

ности не всегда отражаются в названии пород этого класса.

Естественные обломочные породы редко бывают пред-

ставлены чистым гранулометрическим типом, т. е. редко сла-

гаются зернами одной фракции. Практически они всегда в

той или иной мере разнозернистые, или смешанные, что вы-

ражается разной степенью их отсортированности.

Наряду с основной гранулометрической классификацией,

http://jurassic.ru/

о которой говорилось выше, строятся классификации и этих

смешанных пород и вырабатывается их номенклатура. Хотя

общепринятых классификаций и номенклатуры последних и

понимания границ их групп и типов еще нет (Преображен-

ский и Саркисян, 1954), основные принципы наименования

можно считать общепринятыми (рис. 9, см. рис. 13).

Породу называют песком, алевритом, гравием и т. д. при

суммарном содержании соответствующих фракций свы-

ше 50%. Примеси выражают прилагательными (табл. 11 и

стр.

128—130). Таким образом, выделяют семейства песков,

алевритов, глин, гравия, галечников, валунников, в которых

чистые типы характеризуются содержанием обломков соот-

ветствующего класса свыше 90% (по другим классифика-

циям— свыше 95%

или только свыше 75—80%). Породы

с примерно равным содержанием обломков двух или трех

http://jurassic.ru/