Глинистые минералы и обстановки осадконакопления

Хотя глины, аргиллиты и глинистые сланцы состоят из различных глинистых минералов и других обломочных частиц, здесь уместно рассмотреть распределение только глинистых минералов в осадочных породах.
Большинство глинистых минералов в конечном счете попадают в воду и вовлекаются в транспортировку в результате размыва различных пород, выходящих на дневную поверхность. Субаэральное выветривание и почвообразование, физические и химические условия среды, вероятно, оказывают такое же важное влияние на состав образующихся глинистых минералов, как и состав материнских пород. Образованию в почвах минералов группы кандитов благоприятствует преобладание дождевых осадков над испарением и интенсивное выщелачивание. При сильном выщелачивании удаляются ионы Ca, Mg, Na и К, если они присутствовали в материнских породах, и стабилизируется все железо путем перевода его в окисную или сульфидную форму. Необходимо также удаление избыточного кремнезема, чтобы в почвах поддерживалось высокое отношение Al:Si. При этих условиях будут образовываться кандиты независимо от того, чем представлены материнские породы — гранитами, габбро или вулканическими пеплами.
Смектиты образуются в иных условиях, когда испарение превышает количество осадков, а процессы выщелачивания развиты слабо и преобладают щелочные условия, поддерживающие низкое отношение Al:Si.
Образованию иллита благоприятствует щелочная богатая калием среда. Дождевые осадки и последующее выщелачивание должны быть умеренными и прерывистыми. Отсутствие достаточного количества калия в почвах обычно означает, что образуется деградированная разновидность иллита с дефицитом калия, однако превращение его в нормальный иллит завершается вскоре после того, как этот деградированный иллит переносится в щелочной морской бассейн.
Некоторые петрологи полагают, что глинистые минералы почти или совсем не изменяются во время их транспортировки реками, но становятся весьма восприимчивыми к изменениям сразу же после того, как они попадают в открытые воды крупных бассейнов — больших озер, морей и океана. Предполагалось, что резкие изменения в составе глин происходят в том случае, когда материал, переносимый реками, отлагается в соленых водах. При этом идет предпочтительное образование смектитов, иллитов и хлоритов и разрушение кандитов. Если глинистые осадки не захороняются сразу же после отложения, а воды имеют подходящий ионный состав, то такие изменения могут произойти довольно быстро.

На рис. 7.4 видны изменения в составе глинистых минералов, обнаруженные в образцах донных осадков на расстоянии 160 км от реки Гуадалупе в Техасе до залива Арансас и далее до Мексиканского залива. Считают, что увеличение солености и хлоридности вод отражается в преобразовании монтмориллонита в хлорит.
Другие петрологи весьма скептически относятся к концепции существенных изменений глинистых минералов в течение осад-конакопления и после отложения осадков. Они считают, что в большинстве своем отложившиеся глинистые минералы являются обломочными и четко отражают характер размываемых пород. Главное исключение — это аутигенный глауконит. С точки зрения этих исследователей, глинистые минералы могут встречаться в любых условиях осадкообразования и нет генетической связи между обстановками осадконакопления и конкретными глинистыми минералами. Единственные изменения, допускаемые в этой концепции, заключаются во вторичной адсорбции и потере катионов (обмен оснований). Эти изменения не ведут к перестройке кристаллических решеток минералов.
Глинистые минералы, отложенные в дельте Миссисипи, не имеют существенных отличий от минералов, переносимых потоками в верховьях реки. Только в осадках самого внешнего, морского, склона дельты имеются слабые признаки того, что происходит превращение принесенного рекой монтмориллонита в иллит. Даже в этом случае предположение основано на косвенных данных, а именно на том факте, что иллит более обычен в этих илах, чем в илах, находящихся ближе к дельте. Косвенные данные привлекаются и для объяснения характера распределения глинистых минералов у Калифорнийского побережья. Ближе к суше, особенно вблизи реки Колорадо и Сан-Диего, в илах присутствуют примерно в равных количествах каолинит, монтмориллонит и иллит. В дальних прибрежных зонах содержание иллита увеличивается (до 40%), а содержание каолинита уменьшается (до 20%); отсюда делается вывод, что каолинит превращается в иллит. Нет сомнения в том, что седиментация дальше от берега идет медленнее, что обеспечивает длительное воздействие среды на осадочный материал, и обилие ивестковистых организмов в дальних илах прибрежья не способствует устойчивости каолинита. Однако нет уверенности в том, что все эти данные могут свидетельствовать о широких структурных и химических преобразованиях каолинита в иллит. Изменения в составе илов могут объясняться перемывом реликтовых глинистых осадков на дне моря или дифференциальным распределением привносимых обломочных частиц глинистых минералов.
В заливе Пария на северном прибрежье Южной Америки характер распределения глинистых минералов свидетельствует о влиянии процессов флоккуляции. Ясно, что эти процессы играют большую роль в осаждении глин. При попадании в морскую воду глинистые частицы, взвешенные в пресной воде, обычно флоккулируют и образуют более крупные составные частицы. В водах залива иллит и каолинит, по-видимому, флоккулируют сразу же обычно в довольно крупные частицы, которые затем быстро осаждаются. Монтмориллонит флоккулирует слабее с образованием мелких частиц, которые осаждаются гораздо медленнее. Следовательно, при флоккуляции происходит постепенная сортировка глинистых частиц, так что осадки, богатые иллитом и каолинитом, приурочены к зонам с пресными и солоноватыми водами в краевых частях дельт, а осадки, богатые монтмориллонитом, — к участкам, где уже преобладает морская вода.
Климатические изменения в питающих провинциях также могут отражаться на составе глинистых минералов образующихся осадков, хотя эти изменения постепенны и распространяются на довольно мощную толщу осадков. В тех же случаях, когда в определенном горизонте толщи осадков отмечается резкое изменение состава глинистых минералов, его надо объяснять иначе. Эти изменения могут отражать, например, длительный перерыв в осадконакоплении, в течение которого произошли значительные изменения в характере питающей провинции, или смену одной питающей провинции другой.