Песчаные отложения

Осадки аренитовой или песчаной структуры характеризуются размерами зерен от 1/16 до 2 мм по шкале Уэнтуорта. Для обозначения пород, рассматриваемых в этой главе, применяют также описательный термин «кварцевые пески».
Кварц — самый обычный минерал, слагающий пески, и его можно рассматривать как главный компонент, большинства песчаных пород. Многие пески сложены почти полностью кварцем, но часто содержат значительную примесь полевых шпатов и белой слюды. Другие компоненты находятся в подчиненных количествах и обнаруживаются только при микроскопическом исследовании той части породы, которая остается после удаления кварца, полевых шпатов и слюды. Они представлены минералами, устойчивыми к процессам выветривания, разрушившим породы, в которых эти минералы находились первоначально.
Эти минералы называются акцессорными или тяжелыми минералами, наиболее обычные из них ильменит, рутил, гранат, турмалин, циркон, ставролит, кианит.
Когда кварцевые зерна освобождаются из ранее литифицированной породы, изверженной или осадочной, они сохраняют многие черты, которыми обладали, находясь в материнской породе. Однако кварц — исключительно долгоживущий минерал, и отдельные зерна его переходят из одних песчанистых отложений в другие на протяжении длительных периодов геологического времени. В течение времени внешняя форма зерна неоднократно изменяется, первичные черты постепенно затушевываются и уничтожаются (рис. 6.1 и 6.2). В то же время менее устойчивые минералы, первоначально ассоциирующиеся с кварцевыми зернами, постоянно разрушаются, так что многократно переотлагавшиеся пески, в которые не привносились добавочные порции более свежего материала, постепенно становятся чисто кварцевыми. При изучении какой-либо конкретной песчаной породы следует иметь в виду возможное присутствие зерен, привнесенных из более древних песчаников, и разницу между возрастом этих зерен и вмещающей их породы.

Кварцевые зерна, образовавшиеся за счет гранитов, обычно имеют неправильные угловатые, но примерно изометрические формы. Когда кварц высвобождается в результате химического разложения соседних полевошпатовых зерен, зерна замутнены и корродированы вследствие растворяющего воздействия щелочей, поступающих из выветривающихся полевых шпатов. Сходные явления можно наблюдать на зернах кварца, высвобождающихся из породы с кальцитовым цементом. Кварцевые зерна, получающиеся при механическом разрушении свежего гранита, имеют резко угловатую форму и чистые стекловидные поверхности. Изучение включений в обломочных кварцевых зернах часто может дать указание на источник материала; включения в кварцевых зернах из гранитов, как правило, представлены мелкими кристаллами других минералов, например призмами турмалина и иглами рутила. В кварцевых зернах из кислых лав обычно присутствуют стекловатые включения.
Из слюдистых кристаллических сланцев и тонколистоватых гнейсов при дроблении легко высвобождаются уплощенные вдоль сланцеватости кварцевые зерна, которые могут представлять собой агрегат из нескольких кристаллов, а не один большой кристалл. Такие зерна называются поликристаллическими.
С другой стороны, грубослоистые гнейсы поставляют почти такие же кварцевые зерна, как и граниты. В гнейсах, образовавшихся в результате глубокого метаморфизма осадочных пород, кварцевые зерна часто содержат включения тончайших иголок, войлокоподобных или перистых скоплений силлиманита.
Кварцевые зерна, образовавшиеся за счет мелкозернистых кремнистых пород (кремней или кремнистых сланцев), легко распознаются под микроскопом в скрещенных николях, так как состоят из тончайших кристаллов кварца, погасающих индивидуально; такие зерна имеют характерный мелкопятнистый облик.
Кварцевые зерна могут быть переотложены, сильно переработаны в бассейне седиментации или в процессе транспортировки на большие расстояния, поэтому следует быть особенно осторожными при установлении возможных источников сноса. Поликристаллические зерна могут также селективно дезинтегрироваться при воздействии физических и химических агентов.
Волнистое погасание, обычно наблюдаемое в кварцевых зернах, вряд ли следует принимать во внимание при определении источников сноса, так как многие изверженные и метаморфические породы содержат именно такой кварц.
Крупные неправильно угловатые зерна, образовавшиеся за счет выветрелых кристаллических пород, представляют собой обычный материал для большинства песчаных отложений (рис. 6.2) При переносе реками этот материал в какой-то мере сортируется по размеру, но зерна сохраняют свою полуугловатую форму даже после длительной транспортировки Пляжные песчинки, если они не образовались из более древних песчаников, также имеют полуугловатую форму, но постоянное перекатывание их волнами приводит к медленному постепенному сглаживанию острых ребер. Однако песчинки из таких отложений редко становятся хорошо округленными (рис. 6.3 и 6.4).
Некоторые из современных песков с хорошо округленными песчинками встречаются в пустынях, подобных пустыням Северной Африки (рис. 6.5); своей формой и гладкостью эти песчинки обязаны длительной транспортировке ветром. Зерна с такой формой имеют диаметр обычно более 0,1 мм. У более мелких зерен может сохраняться заметная угловатость. Пески с хорошо округленными песчинками встречаются в пермо-триасовых отложениях на северо-западе Европы.

Обычно поверхности зерен матовые, изрыты микроямками, что обусловлено либо ветровой абразией, либо осаждением стекловидных пленок кремнезема из капиллярных вод. Предполагается, что в пустынях к таким же явлениям может приводить химическая коррозия поверхности зерен щелочными капиллярными растворами. С другой стороны, в тех условиях, где существует вода, она может быть щелочной, и при цементации зерен может иметь место вторичное химическое матирование поверхности зерен. При этом матированию подвергаются все зерна независимо от их формы и степени округленности. Кварцевые зерна с матовой поверхностью типичны для морских известковистых песчаников, а также для песчанистых почв типа калькрета и каличе.
Электронно-микроскопическое изучение поверхности песчинок из нелитифицированных песков показывает, что разные способы транспортировки и осаждения обусловливают различные типы ямок на поверхности зерен. Выявлять приобретенные и унаследованные особенности строения поверхности зерен очень трудно. В древних песчаниках в результате процессов цементации первоначальные поверхности зерен могут быть нарушены.