Классификация известняков

Некоторые классификации карбонатных пород основываются только на характеристиках, распознаваемых при полевых исследованиях, другие — на особенностях, выявляемых при изучении под бинокуляром или в шлифах под микроскопом. Терминологию, используемую для нелитифицированных современных осадков, очень трудно применить к древним отложениям, и наоборот.
Диагенетические изменения, к которым карбонатные породы особенно восприимчивы, могут быть настолько значительными, что генетические классификации пород становятся громоздкими. Ни одна из классификаций не является совершенной, и все они не лишены каких-либо недостатков. С другой стороны, при соответствующем наборе описательных и генетических параметров некоторые современные классификации вполне пригодны в качестве универсальных.
Размер зерен — хороший критерий для подразделения обломочных известняков, как это показано на рис. 8.1. Принятая шкала размерности основывается на шкале Уэнтуорта для обломочных отложений с соответствующими изменениями. Недостаток этой схемы в том, что она учитывает только размер компонентов, хотя можно ввести соответствующие описательные термины, например такие: оолитовый калькаренит, водорослевый кальцисилтит.
В классификациях Фолка и Данема упор сделан не на размер зерен, а на компоненты и структуры пород. Эти классификации основаны на более детальных описаниях, чем некоторые схемы, и имеют то преимущество, что по определяемым структурным элементам можно делать выводы об осадочных и диагенетических процессах. Следует особо подчеркнуть, что в этих классификациях наименования осадочных образований составлены, исходя из их современного облика, но этот внешний вид обычно является результатом воздействия множества ранне- и позднедиагенетических процессов, которые могут очень сильно изменять первоначальный осадок.
В классификации Фолка выделяются следующие группы пород:
I Аллохемные — цемент из шпатового кальцита (спарита, т. е. из крупных кристаллов).
II Аллохемные — матрикс из микрокристаллического кальцита (микрита) и арагонита.
III Ортохемные — главный компонент — микрит.
IV Автохтонные рифовые породы.
V Доломиты замещения.
Основанием для такой группировки пород служит то, что большинство неизмененных и частично доломитизированных известняков состоит из трех хорошо определяемых компонентов — аллохем (обломков), микрита и спарита.

Аллохемы — собирательный термин для всех разновидностей дискретных карбонатных агрегатов, большинство из которых претерпевало транспортировку на какой-то стадии их существования.
Наиболее важные аллохемы — это интракласты, пеллеты (пелоиды), оолиты или ооиды и раковины (органогенные обломки). Интракласты — это известняковые или доломитовые обломки любого размера, образовавшиеся практически одновременно с осадкообразованием при размыве либо соседних участков морского дна, либо обнаженных карбонатных иловых равнин; однако к интракластам не относятся обломки, образовавшиеся из более древних известняков. Размер интракластов варьирует от песчаных зерен до гравия и валунов. Некоторые обломки, возможно образованные из одновременно растущих водорослей, округляются после того, как они снова подвергаются обрастанию водорослями по периферии. Такие обломки называются онколитами.
Небольшие округлые зерна размером менее 0,15 мм могут быть сложены однородным тонкозернистым известняком и их трудно отличить от пеллет, которые имеют совершенно иное происхождение. Пеллеты — это овоидные или сферические зерна размером обычно 0,04—0,08 мм, которые в противоположность оолитам и большинству интракластов не имеют упорядоченного внутреннего строения. Обычно они представляют собой фекальные комочки или водорослевые образования, однако если их генезис неясен, то предпочтительнее использовать негенетический термин «пелоиды». Из-за трудностей идентификации в некоторых классификациях, основанных на схеме Фолка, пеллеты и интракласты не различают.
Микрит слагается зернами размером менее 4 мкм и поэтому плохо поддается изучению с оптическим микроскопом. Эти зерна — обычный преобладающий компонент в породах, называемых литографским известняком, китайским камнем, кальцитовым аргиллитом, цементной породой и гидравлическим известняком, хотя известны породы, в которых микрит присутствует в подчиненном количестве по отношению к зернам алевритовой размерности. В некоторых случаях эти алевритовые зерна явно обломочные. В других случаях зерна размером 5—10 мкм могут представлять собой местный перекристаллизованный микритовый ил. Перекристаллизация микрита приводит к образованию более крупных зерен, называемых иногда микроспаритом.
Девонские пелагические известняки Гриотт и Цефалоподовый известняк на юге Франции и ФРГ были интенсивно превращены в микроспаритовые породы. Еще больше изменяются породы в результате раннедиагенетических процессов в известковистых отложениях, известных как процессы «утонения зерен», при которых карбонатные частицы разного размера превращаются в новообразованный микрит (микрокристаллический агрегат). Из-за сложности этих процессов часто почти невозможно не только выделить зерна различного происхождения, но и определить размеры отдельных зерен.
Спарит сложен чистыми крупными зернами кальцита размером более 10 мкм. Эти зерна выполняют прежние пустоты или поры в известняке, и если поры были большими, то размер зерен кальцита может быть значительно больше 1 мм. Спарит часто выполняет пустоты, образовавшиеся при растворении раковин, иногда полностью, иногда только их верхние части, а нижние части в этих случаях заполнены тонкозернистым карбонатным детритом. Шпатовый кальцит также обычно развит в известняках, образованных преимущественно из оолитов или хорошо сортированного и хорошо округленного ракушнякового детрита. Размер отдельных зерен кальцита обычно увеличивается, а количество уменьшается в направлении от аллохем (которые ими цементируются) к центральным частям первичных пор и пустот.
Шпатовый кальцит следует четко отличать от перекристаллизованного кальцита, зерна которого также могут иметь размер более 10 мкм. Перекристаллизованный кальцит — это вторичный продукт замещения ранее образованных карбонатов, и поэтому он обычно сечет границы прежних структур и текстур. При отсутствии таких явных признаков идентификация шпатового кальцита трудна и основывается на ряде таких признаков, как волнистая форма границ зерен, «плавающие» реликты и неравномерное распределение агрегатов, сложенных зернами разного размера; однако могут присутствовать не все эти признаки, и не всегда их можно распознать. Там, где процессы замещения охватывают большие участки породы, об этих изменениях можно судить только по реликтовым признакам первичных структур. Размер зерен в участках перекристаллизованного кальцита широко варьирует, возможно, вследствие их растворения под давлением. Дифференциальное давление по границам зерен первичного кальцита приводит к его растворению в точках повышенного напряжения и переотложению в местах наименьшего давления. Таким путем изменяется первоначальная форма зерен, и они селективно увеличиваются в размерах до тех пор, пока не возникает текстура, образованная вторичной мозаикой из неправильных зерен. Одним из продуктов изменения такого типа является псевдобрекчия. В нижнекаменноугольных псевдобрекчиях из северной Англии и Уэльса видны «обломки», которые имеют серую окраску и погружены в бледно-серый микритовый матрикс. В шлифах видно, что в основной массе присутствуют окаменелости, тогда как «обломки» сложены преимущественно неправильными сростками крупнозернистого кальцита. В действительности эти сростки представляют собой участки, подверженные наиболее интенсивной перекристаллизации. Иногда пластинки криноидей, «плавающие» в пределах кальцитовых участков, увеличиваются в размерах путем нарастания с краев за счет матрикса. При этих условиях новообразованный кальцит на пластинках криноидей может быть структурно и оптически ориентирован одинаково с первичным кальцитом — явление, известное как синтаксический, каемочный рост. Цементация, обусловленная каемочным ростом, иногда называется каемочной цементацией. В некоторых известняках наблюдались сложные последовательные стадии каемочной цементации, изменяющей обломки раковин.

На рис 8.2 показано, как эти три главных компонента известняков и различия в природе аллохем используются для разделения пород в каждой группе классификации Фолка. Названия породам даются в сокращенном виде в зависимости от их главных петрографических особенностей. Первая составная часть названия относится к аллохемам, а вторая — к цементирующему материалу или матриксу. Например, название «интраспарит» означает породу, состоящую из интракластов, сцементированных шпатовым кальцитом. «Биомикрудит» — еще более усложненное название, в котором учитывается размер зерен преобладающих аллохем. В биомикрудите средний размер обломков раковин, погруженных в микритовый матрикс, превышает 2 мм.
Применение классификации Фолка было продемонстрировано на современных осадках, которые покрывают платформу Андрос на Багамских островах (рис. 8.3). Интересно сравнить площадное распределение типов известняков, выделяемых на основании классификации Фолка, с типами пород, выделяемых по другой более старой классификации карбонатных осадков. Главные различия между этими двумя классификациями проявляются в участках, прилегающих непосредственно к острову Андрос с запада, и они обусловлены различным подходом к классификации пород.

Классификация Данема представляет собой структурную схему. Это самая удобная классификация для разделения пород по чисто описательным признакам (табл. 8.2, рис. 8.4). Структурная зрелость пород означает, что наименее зрелые разновидности богаче иловым матриксом, чем более зрелые разновидности зернистого известняка. Однако выводы, основанные только на этих структурных особенностях, следует делать крайне осторожно.
Мадстон, сцементированный известковый ил, не синоним микрита или кальцилютита, так как сюда входят зерна размером до 20 мкм. Ваккит содержит более 10% зерен крупнее 20 мкм, «плавающих» в иловом матриксе, а пакстоны — это породы, в которых зерна контактируют одно с другим, а межзерновые промежутки заполнены карбонатным иловым цементом. При изучении распределения зерен по размеру в современных осадках устанавливается, что лютитовые и алевритовые зерна часто настолько тесно перемешаны, что очень трудно выделить среди них зерна крупнее и мельче 20 мкм Поэтому лютитовые и алевритовые зерна лучше объединить под названием «ил», а термин «зерна» оставить для частиц песчаного размера и более крупных (более 60 мкм). Грейнстоны, зернистые известняки, — это карбонатные породы, не содержащие ила, что указывает на относительно сильные придонные течения. Для полноты классификации в нее введен термин «баундстон», который применяется к породам, образованным главным образом из связующих организмов, строящих такие сооружения, как рифы, и термин «кристаллические карбонатные породы», т. е. породы, почти лишенные первичных структурных особенностей, как, например, доломиты.