Хмелевський В. О.
Особливості стадіального аналізу літогенезу

Кварц в осадовому процесі. Стадіальні перетворення кварцу

Кварц як індикатор процесів седиментогенезу та літогенезу найдокладніше описали І. Симанович (1978), О. Япаскурт (1995). Цей мінерал найстійкіший до руйнування в осадовому процесі; витримує неодноразові перевідкладення, у відповідних умовах часто стає головним мінералом піщаних порід. Однак незважаючи на стійкість, внутрішня його структура в процесі літогенезу зазнає певних перетворень. З урахуванням їх дослідник за допомогою спостережень шліфів у поляризаційному мікроскопі може багато довідатись про передісторію цього мінералу і про стадійність постседиментаційних перетворень породи, у складі якої міститься кварц.

Піщаним уламковим зернам кварцу, які пройшли через стадію катагенезу, властиві дві найпоширеніші та генетично взаємопов’язані форми перетворення: гравітаційна корозія та регенерація. Першу з них легко розпізнати в шліфі завдяки конформним (опукло-увігнутим), мікростилолітовим (рівномірно-пилчастим) або інкорпораційним (зубчасто-клиноподібним) межам між щільно притиснутими один до одного уламковими зернами. Розчинення кварцу потребує не тільки тиску, а й температурної активації, а тому масову появу зазначених вище вторинних структур у породі вважають однією з типових ознак глибинно-катагенетичної підстадії. Такі перетворення, зазвичай, супроводжуються регенерацією частини кварцових зерен, які обростають суцільною або переривчастою облямівкою чи окремими “полум’яноподібними” відростками, які заповнюють міжзернові проміжки та цементують сусідні уламкові зерна. Здебільшого, відновлюються уламки дрібніших розмірів (вони не зазнали сильного тиску, який діє передусім на великі зерна у випадку їхнього щільного упакування). Однак часто трапляється, що одне й те саме уламкове зерно одночасно розчиняється під тиском, з одного боку, та відновлюється, – з іншого (перпендикулярного до вектора тиску). Усе це дає підстави вважати, що розчинена кремнекислота була перевідкладена тут же, у порових просторах.

Масові конформно-регенераційні або інкорпораційно-регенераційні структурно-мінеральні новоутворення належать до важливих та розпізнавальних індикаторів глибокого катагенетичного перетворення породи. Однак робити висновки з цього, як здається, явного критерію треба обережно й обов’язково звіряти їх з іншими критеріями.

Обережність необхідна перш за все там, де бачимо масову регенерацію уламкових зерен без ознак їхнього розчинення під тиском. Є випадки (описані В. Муравйовим, 1983) виникнення регенераційних кварцових цементів без достатнього ущільнення породи на стадіях початкового катагенезу і навіть іноді діагенезу. Це пояснюють тим, що для масової регенерації необхідні дві умови:

  1. достатня кількість “зародків” (у цьому випадку – кластогенних кварцових частинок)
  2. перенасиченість кремнеземом розчинів, що заповнили порові проміжки між ними.

І якщо ці дві умови виконуватимуться на початку глибинно-катагенетичної підстадії, то регенерація кварцу їй передуватиме. А виконуються вони у первісно насичених кремнеземом відкладах, таких, наприклад, як товщі трепелів та опок з підпорядкованими глинистими й піщаними прошарками в складі платформного осадового чохла. У цьому випадку вода, яка проникла в пори піщаних відкладів через сусідні шари трепелів та опок, насичувалася достатньою кількістю “будівельного матеріалу”, необхідного для масового формування регенераційних кварцових облямівок на ранніх етапах літогенезу.

Іншим джерелом SiO2, яке сприяє регенерації теригенного кварцу на стадії середнього (але не пізнього) катагенезу, можуть бути масові трансформації монтморилоніту в гідрослюду в пластах глинистих порід, які чергуються з пісковиками.

Песимістичний, на перший погляд, висновок про проходження через стадії діагенезу та катагенезу явищ регенерації уламкового кварцу зовсім не зменшує значення спостережень за цим явищем у ході стадіальних досліджень.

  1. По-перше, використовуючи електронно-мікроскопічні спостереження, можна виявити ознаки відмінностей діагенетичних регенераційних облямівок кварцу від найбільш пізніх утворень.
  2. По-друге, оцінити час початку регенерації допомагають спостереження над комплексом стадіальних змін інших мінеральних компонентів.

В. Муравйов (1983), порівнюючи регенераційний цемент ранніх та пізніх стадій літогенезу, помітив, що в першому з них між кварцовим зерном та його облямівкою видно чітку світлову смужку Бекке в разі ввімкненого аналізатора поляризаційного мікроскопа. Здавалось би, що так не повинно бути, тому що ця смужка з’являється на межі двох середовищ з різними показниками заломлення. І її не видно на межах між регенераційним та уламковим кварцом у породах, змінених під час глибокого катагенезу. Однак тут, навпаки, за максимального збільшення виявлялася не тільки яскрава смужка, а й її роздвоєння під час підіймання тубуса на смужки, які зміщуються в протилежних напрямах (одна – у бік уламка, інша – до периферії облямівки). Це можна було пояснити тільки тим, що між уламком та облямівкою є якась речовина з дуже низьким показником заломлення. Такою речовиною, як засвідчили електронно-мікроскопічні спостереження, виявився опал, який має чітко виражену глобулярну коломорфну структуру. Опал утворює внутрішню частину плівки, а в напрямі до зовнішнього боку його замінюють кристалики кристобаліту. На кристобаліт нарощується аутигенний кварц зі збереженням оптичного орієнтування уламкового зерна. Отже, тут виявлений “ефект далекодії” кристалічної структури ядра на новоутворену частину кристала.

У катагенетично змінених піщаних породах внутрішня межа кварцових регенераційних облямівок виглядає інакше. Вона простежується в шліфах ланцюжками мікроскопічних включень мінералоутворювального середовища (за невеликих збільшень у вигляді крапок або штрихуватих непрозорих плямок). Ці включення діагностують у разі максимального збільшення оптичного мікроскопа за значно меншим порівняно з кварцом показником заломлення. Від аутигенного кварцу уламкове ядро часто відокремлене облямівкою, яка складається зі сторонніх мінеральних включень. Наприклад, у шокшинських кварцитах-пісковиках (І. Симанович, 1966) вони були представлені оксидами заліза та глинистими мінералами. Включень між уламковим ядром та регенераційною облямівкою може і не бути, тоді уламкові контури регенерованих кварцових зерен не розрізнити за допомогою поляризаційного мікроскопа.

Окрім описаних вище типоморфних ознак, ще більше значення має аналіз парагенезисів постседиментаційних мінеральних і структурних новоутворень. Парагенезис структур гравітаційної корозії уламкових зерен і регенерації є досить надійною ознакою пізньокатагенетичного генезису цих зерен. Перетворення кварцу ще інформативніші для виявлення межі між катагенетичною та післякатагенетичною (метагенетичною або ранньометаморфічною) стадіями літогенезу. Сильна термальна активація, яка характеризує метагенез (початковий метаморфізм), породжує незворотні зміни в кварці, і в ньому зникає більшість ознак, набутих на попередніх стадіях катагенезу. Перш за все в кластогенного та аутигенного кварцу з’являються явні ознаки пластичної деформації та початковий рекристалізаційний бластез, накладений на пізньокатагенетичні конформно-регенераційні структури.

Бластез кварцу досить легко виявляється навіть за середніх збільшень звичайного поляризаційного мікроскопа.

Це явище на початкових етапах метагенезу є характерним, головно, для периферійних ділянок уламкових зерен і регенераційних кварцових облямівок. Суть процесу зводиться до бластичного заміщення кварцу кварцом, яке відбувається внаслідок руху меж зерен. Це можна побачити в разі схрещення ніколів. У такому випадку межа між мінеральними агрегатами, які мають унаслідок різних оптичних орієнтувань різну тональність інтерференційного сірого забарвлення, далеко не всюди збігається з первісними (конформними та інкорпораційно-регенераційними) контурами поділу піщаних зерен, добре помітними в разі ввімкненого аналізатора. Відбувається частковий перехід оптичного орієнтування з одного кварцового зерна в інше, сусіднє зерно, іноді навіть через найбільш ранню регенераційну облямівку між ними. У випадку перемінного ввімкнення та вимкнення аналізатора здається, що окремі кварцові ядра ніби збільшуються в розмірах, поглинаючи частину площі свого сусіда, яка набуває однакового з цим ядром оптичного орієнтування, “загасаючи” та “просвітлюючись” разом з ним у міру обертання столика мікроскопа.

Причому якщо на межах між вихідними зернами були бульбашки рідини або ж дрібні примазки глинистої речовини, то вони зовсім не перешкоджали дифузній міграції меж у процесі рекристалізації кварцу. І. Симанович (1978) наголосив, що для такого переміщення великокутових меж мінералу потрібна енергія активації. Причиною їхнього руху є внутрішні напруження у зернах кварцу або зовнішнє прикладення напружень (стрес), або прагнення до зменшення вільної енергії самих меж зерен. “У метагенетично змінених кварцитах-пісковиках, зазвичай, простежується лише рідкісне ускладнення епігенетичних структур рекристалізаційними контактами. З підвищенням температури починає рухатися більша частина меж кварцових зерен; їхня міграція відбувається набагато глибше – іноді сусідні зерна повністю поглинає мігрувальна межа. Так формуються гранобластичні (гранобластові) структури” (І. Симанович). А в динамічно активних зонах метагенезу рекристалізаційні контакти бувають ускладнені грануляцією – розвитком на ділянках контакту різноорієнтованих дрібних кварцових індивідів, які загасають в “шаховому порядку”. Такі структури рекристалізаційногрануляційного бластезу відрізняються від зазначених вище інкорпораційних катагенетичних структур уявною “нероздільністю” контактних агрегатів зерен у першому випадку.

Окрім структур бластезу, ознакою завершення стадії катагенезу є пластична деформація, структури диференціального сковзання та початок “метаморфізму” (самоочищення) теригенного кварцу.

Найлегше спостерігати явища пластичної деформації – “смужки Бема”. Це площини, що обмежують деформаційні пластинки в кварці й переповнені дрібними рідкісними включеннями, через що мають вигляд бурих ниткоподібних утворень і за малих збільшень нагадують тріщинки спайності, однак, зазвичай, вони мають трішки зігнуті контури. Такі утворення докладно схарактеризовані в праці І. Симановича стосовно шокшинських кварцитів-пісковиків протерозою Карелії.

Важливо пам’ятати, що саме по собі виявлення смужок Бема всередині уламкового зерна ще не свідчить про глибокі динамотермальні перетворення всієї породи. Зерно може бути перевідкладене з давнішої породи, що зазнала початкового метаморфізму. Важливо, щоб ці смужки перетинали регенераційні облямівки кварцу – тоді вже ясно, що вони виникли на пізнішій стадії інтенсивних перетворень у породі. Формування смужок – це важливий крок до самоочищення кварцу від домішок, які були в ньому (метаморфізму кварцу, за І. Симановичем) і які повністю вилучено на етапі зеленосланцевого метаморфізму, а в разі ще глибшого метаморфізму замість них у “чистому” кварці з’являються цілком нові включення.

Структури диференціального сковзання також належать до проявів пластичної деформації кварцу. Сковзання по межах зерен часто асоціює з деформаційним пластинкуванням та іншими проявами пластичної деформації, які розвиваються на стадії метагенезу та спотворюються подальшим сильнішим метаморфізмом порід.

Отже, перетворення кварцу дають важливу інформацію про кінцеві етапи катагенезу та про перехід до більш напружених термобаричних умов нової стадії, яку багато літологів виділяють під назвою метагенез, а інші зачисляють до початку метаморфічних змін осадової породи.

Коротко розглянуті нами стадіальні перетворення кварцу становлять інтерес не тільки стосовно пізнання етапності процесів літогенезу. Корисно також знати, до якої стадії зміненості цього мінералу можливе використання його типоморфних ознак для палеогеографічних побудов. Такими ознаками є: характер включень мінералоутворювального середовища, склад мінеральних вростків, морфологічні різновиди дефектів кристалічної ґратки, способи двійникування та ін. Як довів І. Симанович, вони не однакові у кварці з різним генезисом. І. Симанович опрацював методику статистичних підрахунків цих ознак за допомогою спостережень їх у шліфах (бажано переглядати не менше 300 кварцових зерен на кожний шліф). За ними вдається чітко розрізняти мінерали з порід: метаморфічних, давніх та молодих гранітоїдних, кислих ефузивних, жильних та осадових. Цим способом можна реконструювати склад живлячих провінцій та напрями привнесення теригенної речовини в палеобасейн седиментації, не застосовуючи трудомісткі дослідження багатьох акцесорних мінералів так званої важкої фракції.

Метод І. Симановича зручний для досліджень відкладів мономінерального складу. Однак він має досить певні обмеження: його застосовують тільки до входження порід у стадію метагенезу. Це пов’язано з тим, що на цій стадії (особливо на її пізній підстадії) відбувається процес самоочищення кварцу, за якого більшість первинних ознак втрачається і їх замінюють вторинні.

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом
При копіюванні інформації обов'язкові прямі посилання на сторінки сайту.
Всі книги та статті є власністю їхніх авторів та служать виключно для ознайомлення.