Форменные элементы известняков
|
Форменные элементы — компоненты породы, в силу своего генезиса обладающие характерной формой, очертаниями и особенностями строения, по которым их определяют в различных породах. К форменным элементам относятся: — скелетные части организмов (раковины и др.); — кальцит, образующий микроводорослевые структуры; — оолиты; — пеллеты, комки и сгустки; — интракласты. Скелетные части организмов Петрографическое изучение известняков показывает, что их большая часть целиком или частично слагается обломками раковин или скелетных частей различных животных и растительных организмов. Изучение этих органических остатков позволяет не только правильно определять название породы, но и выяснять условия ее образования, а также решать ряд других геологических вопросов. Основными признаками, по которым можно отличить в шлифах одни остатки организмов от других, кроме их минерального состава являются их форма и особенности морфологии разреза, видимого в шлифе, а также особенности строения кальцита, слагающего скелетные остатки (монокристаллическое, тонковолокнистое, микрокристаллическое и т. п.). В настоящее время насчитываются многие тысячи видов организмов, остатки которых в той или иной форме сохраняются в осадочных породах. Ниже рассматриваются характерные признаки остатков основных, наиболее распространенных групп организмов, которые присутствуют в известняках в виде примеси и часто являются породообразующими, т. е. слагают основную массу известняков. Животные организмы. Фораминиферы. К подклассу Foraminifera типа Простейшие (Protozoa) относится большая группа одноклеточных организмов, насчитывающая до 30 тыс. современных и ископаемых видов. Формы раковин чрезвычайно разнообразны — от однокамерных до сложно построенных, многокамерных (рис. 11.4, 11.5). Хорошо известны многочисленные виды фузулинид (отряд Fusulinida), имеющих сложную многокамерную раковину и развивавшихся в течение девона—перми. Скопления раковин фузулинид образуют пласты известняков в разрезах каменноугольного возраста. Широко распространены различные виды милиолид (отряд Miliolida) и роталиид (отряд Rotaliida), появившихся в юрское время и существующих сегодня.  Так, представители рода Globigerina (отряд Rotaliida) образуют глобигериновые известняки, особенно и разрезах верхнемелового и палеогенового возраста, иногда почти целиком состоящие из раковинок глобигерин. Среди современных осадков океанов широчайшим распространением пользуются глобигериновые илы, в значительной мере сложенные соответствующими раковинками. В разрезах верхнемеловых отложений, особенно в палеогене, широкое развитие получили нуммулиты (отряд Nummulitida) со сложной крупной раковиной, достигающей 1—2 см и более. Пласты нуммулитовых известняков являются характерным элементом палеогеновых разрезов во многих районах Земли. Строение кальцитовых стенок раковин фораминифер обычно микрокристаллическое, пелитоморфное. В шлифе раковины выделяются серым и темно-серым цветом, практически не изменяющимся при скрещивании николей микроскопа. Исключение составляют раковины нуммулитов, стенки которых имеют тонковолокнистое строение и обладают волнистым погасанием. По внешнему виду иногда можно спутать раковинки фузулинид и нуммулитов, HO первые имеют микрокристаллическую, а вторые — тонковолокнистую структуру стенок раковин. Фораминиферы известны начиная с кембрия. Фузулиниды господствовали в карбоне и перми, роталииды стали важной породообразующей группой в мелу и кайнозое. Подавляющее большинство фораминифер — морские стеногалимиые организмы, ведущие донный образ жизни (бентос) на глубинах до 100—200 м. К бентальным относятся более 98% известных форм фораминифер, хотя приспособившиеся к планктонному образу жизни представители рода Globigerina дают популяции огромной численности. С глубиной 1 000—2 000 M и более среди остатков фораминифер постепенно возрастает роль раковинок планктонных глобигерин, погружающихся после их смерти на дно (глобигериновые илы). Кораллы. Скелетные части кораллов (класс Anthozoa), относящихся к типу кишечнополостных (Coellenterata), широко распространены в карбонатных породах. Часто они являются породообразующими организмами, слагающими известняки рифовых массивов. Структура скелетных частей обычно микрокристаллическая или тонкофибровая. Палеозойские кораллы (подклассы Tabulata и Rugoza) имели, по-видимому, кальцитовый состав. Мезозойские и более молодые кораллы (подкласс Hexacoralla) — существенно арагонитовые, что выражается в их интенсивной перекристаллизации с потерей первоначальных деталей структуры. В шлифе кораллы образуют крупные сетки с ячейками различной формы и размера (до нескольких миллиметров), состоящие из тонких перегородок (рис. 11.6).  Рифостроящие, колониальные кораллы обитают на глубинах, не превышающих 40—50 м, в условиях чистой подвижной морской воды нормальной солености, хорошо прогреваемой солнцем. Кораллы известны начиная с раннего палеозоя и до ныне. Строматопоры. Подкласс Stromatoporoidea относится к тому же типу кишечнополостных (Coellenterata), что и кораллы. Они обладают кальцитовым скелетом микрокристаллического строения. Остатки строматопор обычно встречаются вместе с остатками кораллов, совместно с которыми они принимали участие в строительстве рифовых массивов. В шлифах они выглядят в виде серии волнистых днищ, соединенных поперечными перегородками (рис. 11.7, а). Строматопоры известны с кембрия. Они слагают рифовые массивы в силлурийских и девонских известняках. В верхнем палеозое распространены значительно меньше, в мезозое наблюдается новый расцвет и обновление форм; в конце мела строматопоры вымирают. Мшанки. К типу мшанок (Bryozoa) принадлежат колониальные, преимущественно морские, реже пресноводные животные, ведущие прикрепленный образ жизни. Скелет мшанок сложен кальцитом и имеет тонковолокнистое строение. По форме обломки скелета мшанок в шлифах имеют разнообразный вид; но для них всегда характерно ветвистое сетчато-ячеистое строение. Обломки мшанок обычно обладают довольно крупными закономерно расположенными округлыми или овально-вытянутыми отверстиями (рис. 11.7, б). Мшанки могут быть породообразующими организмами. Известны с ордовика до настоящего времени. В большинстве случаев это обитатели прибрежного мелководья.  Иглокожие — морские одиночные животные, ведущие свободный или прикрепленный образ жизни. Относятся к типу Echinodermata. Наиболее распространены морские лилии, или крипоидеи (класс Crinoidea), и морские ежи (класс Echinoidea). Характерным признаком иглокожих является то, что отдельные скелетные части их (членики и чашечки морских лилии, иглы и щитки морских ежей) представляют собой монокристаллы кальцита тонкопористого строения. При повороте столика микроскопа они погасают целиком, как одни кристалл. Форма члеников криноидей в поперечных разрезах круглая или пятиугольная, в продольных разрезах — прямоугольная (рис. 11.8). В центре часто виден канал. Иглы морских ежей в поперечных разрезах круглые или зубчатокруглые с довольно сложным сетчато-радиальным строением.  Иглокожие известны с палеозоя и до ныне. Криноидеи — прикрепленные животные, ведущие донный образ жизни (бентос), так же как и морские ежи. Однако последние являются свободно передвигающимися. Большая часть криноидей — мелководные животные. В настоящее время наиболее распространены на глубинах 100—300 м. Обломки члеников криноидей могут являться породообразующими, слагая пласты криноидyых известняков (les calcalres а entroques — фр.). Брахиоподы и моллюски. Обломки раковин брахиопод и моллюсков (пелециподы, гастроподы и др.) широко распространены не только в карбонатных, но и в песчано-алевритовых породах. Как правило, они образуют более или менее значительную часть биогенного детрита, но иногда формируют пласты известняков, целиком сложенных створками раковин и их обломками. Формы обломков раковин брахиопод в iлифах могут быть очень похожи па обломки пелеципод, хотя последние относятся к моллюскам (класс Laineilibranchia). Раковины брахиопод состоят из кальцита грубоволокнисто-п )изматического строения, обладающего волнистым погасанием. Пучки топких призм при этом располагаются под углом к поверхности раковин и друг к другу. Пелециподы имеют обычно арагонитовую раковину. Арагонит в породах легко переходит в кальцит, образующий неправильные кристаллические агрегаты, что позволяет среди похожих разрезов раковин, имеющих вид вытянутых, слегка изогнутых палочек или «саблевидных» обломков (рис. 11.9), различить разрезы раковин брахиопод и обычно перекристаллизованные разрезы раковин пелеципод.  B качестве исключения необходимо отметить, что у некоторых родов пелеципод (Ostrea, Pecten, Inoceramus) раковина кроме внутреннего перламутрового слоя состоит из кальцита, имеющего крупнопризматическое строение, причем кальцитовые призмы расположены перпендикулярно к поверхности раковины, которая и связи с этим легко дробится на отдельные призмы. Во многих верхнемеловых известняках такие кальцитовые призмы иноцерамов, обладающие монокристаллическим строением, образуют более или менее значительные скопления. Раковины гастропод (класс Gastropoda, тип Mollusca) также в основном арагонитовые, легко переходящие в агрегаты неправильных кристаллов кальцита. В шлифе они определяются лишь по характерной форме, следы которой сохраняются в случае заполнения полостей раковин каким-либо инородным материалом (глауконитом, глинисто-алевритовой массой и т. п.). Обломки раковин брахиопод и пелеципод присутствуют в породах начиная с нижнего палеозоя до настоящего времени. Однако для брахиопод временем максимального расцвета является палеозой, тогда как численность видов пелеципод увеличивалась с мезозоя по настоящий день. Условия существования брахиопод и моллюсков самые разнообразные: морские глубоководные, мелководно-прибрежные и пресноводные континентальные (пелециподы). Динамика среды влияет на массивность, толщину раковин. Грубые, толстые раковины и их обломки указывают на мелководные условия. Тонкие, целые раковины могут характеризовать более спокойные условия осадконакопления. Большинство брахиопод вело прикрепленный, донный образ жизни, преимущественно в мелководной зоне моря, хотя многие опускались на значительные глубины. Основная масса нелеципод относится к бентосу и ведет зярывающийся или полузарывающийся образ жизни. Часть прикрепляется к твердому субстрату, многие передвигаются с помощью ноги, иногда свободно лежат на дне, некоторые плавают на короткие расстояния, выталкивая воду из мантийной полости. Остракоды (Ostracoda) — мелкие (обычно меньше 1 мм) ракообразные, относящиеся к типу членистоногих (тип Arthropodа), обладают тонкой двустворчатой кальцитовой раковинкой. Створки имеют микрофибровое строение. Отдельные фибры, чрезвычайно тонкие, располагаются перпендикулярно створке раковины. При вращении столика микроскопа в достаточно толстых створках наблюдается волнистое погасание кальцита. Иногда видна перекристаллизация всей раковинки вместе с полостью в один монокристалл кальцита миндалевидной формы. Остракоды появились в палеозое и существуют до ныне. Могут являться породообразующими, формируя остракодовые известняки. Ведут как планктонный, так и бентальный образ жизни, некоторые зарываются в ил. Обитают в морских и пресноводных бассейнах. Растительные организмы. Кокколитофориды — мелкие плавающие водоросли семейства Coccolithaceae. Каждый организм состоит из клетки, покрытой кальцитовыми пластинками, размер которых изменяется от 2 до 10—20 мкм. Микроскопические раковинки кокколитофорид широко представлены в современных океанических осадках, слагая вместе с глобигеринами основную массу карбонатных илов в осадках океанов умеренных и тропических широт. Остатки планктонных морских водорослей Coccolithaceae являются важной составной частью многих микрокристаллических меловых известняков, особенно писчего мела. Они обнаруживаются главным образом при изучении соответствующих пород с помощью сканирующего электронного микроскопа. Представители семейства Coccolithaceae появились в юре и достигли бурного расцвета в верхнемеловое время. Кальцит, образующий микроводорослевые структуры (включая онколиты). Многие микроскопические сине-зеленые водоросли — цианофиты не обладают кальцитовым скелетом. Тем не менее они играют важную роль сейчас и на прогяжении всей геологической истории Земли в осуществлении процесса карбонатонакопления. Сине-зеленые водоросли являлись, по-видимому, одними из первых организмов, заселявших морские водоемы Земли еще в альгонское время. Изучение современных представителен этого семейства позволило сконструировать модель процесса, приводящего к образованию карбонатных осадков в результате жизнедеятельности бесскелетных микроскопических водорослей. Цианофиты способны поселяться на любых основаниях — от твердого субстрата до свежеотложенных илистых осадков. Отдельные клетки водорослей, активно поглощая из окружающей воды СО2, создают в зоне своей мембраны микрогеохимическую среду, резко обедненную СО2, что приводит к смещению карбонатного равновесия СаСО3+Н2О+СО2⇔Са(НСО3)2 влево и выделению на поверхности клетки микроскопических кристалликов кальцита. Так как этот процесс идет в миллиардах водорослевых клеток, покрывающих слизистым слоем дно бассейна, происходит образование микроскопической пленки СаСО3 на поверхности дна. По мере замены одних поколений водорослевых клеток другими процесс продолжается, приводя к образованию тонкослоистых корок и слоистых карбонатных образований иногда значительной мощности (сантиметры и метры). Наблюдения за развитием современных водорослевых пленок в районе Багамских островов в Карибском море показали, что не меньшее значение для образования карбонатных «водорослевых» осадков имеет улавливание слизистой поверхностью водорослевых пленок мельчайших кальцитовых частиц, кристаллизующихся из морской воды в условиях ее пересыщения СаСО3 и переносимых волнением и течениями. В результате жизнедеятельности таких водорослей происходит накопление биохемогенного кальцита, образующего водорослевые неясноволнистослоистые корки и подушки, называемые строматолитами (рис. 11.10). Водоросли, поселяющиеся на свободно лежащих на морском дне зернах и обломках различной природы, обволакивают их кальцитовыми корочками. Наиболее активный их рост при этом идет на верхней поверхности обломков. При их случайном переворачивании волнением рост кальцитовых корок продолжается на обратной стороне. В результате формируются псевдоконкреционные субсферические, или уплощенные, образования водорослевого кальцита размером от 1—2 мм до 1—2 см. Такие образования называются онколитами (см. рис. 11.10).  Строматолитовые постройки, имеющие водорослевое происхождение, обнаружены в известняках (от докембрийских до современных). Они имеют самую различную форму и размеры от корок мощностью около 1 см до холмообразных построек 15—20 м и 50—60 M в поперечнике. Особенно широко представлены строматолитовые образования в докембрийских и нижнепалеозойских отложениях. Пелитоморфнын кальцит водорослевого генезиса, обладающий своеобразной неясно волнистой и неправильно пузырчатой структурой (CM. рис. 11.10), широко развит во многих рифовых постройках, отражая ту большую роль, которую играют карбонатоосаждающие водоросли в их формировании. Кальцитовые и арагонитовые оолиты Оолиты являются характерным компонентом многих известняков. Когда они слагают основную часть породы, образуются так называемые оолитовые известняки. Оолиты представляют собой округлые образования размером от 0,1—0,2 до 1—2 мм. Часто они имеют несколько сплюснутую форму. Для оолитов характерно концентрическое (скорлуповатое) строение, причем в шлифе можно видеть, что концентрические слои обычно нарастают вокруг какого-либо инородного тела — песчинки, обломка раковины и т. п. Часто в центре оолита инородное тело не присутствует, возможно, в связи с тем, что плоскость шлифа не проходит через него (рис. 11.11). Довольно часто наблюдаются оолиты, состоящие из двух-трех мелких оолитов, охваченных затем общими концентрами нараставшего сверху карбоната кальция. Современные оолиты сложены арагонитовыми кристалликами, ориентированными примерно параллельно поверхности оолита. Многие оолиты древних пород проявляют радиальное строение. Они образованы слегка расширяющимися призмами или радиально-лучистыми кристаллами кальцита, которые формируются за счет перекристаллизации арагонита.  Образование оолитов связано с кристаллизацией кальцита (арагонита) в прибрежно-мелководных частях морских бассейнов в условиях жаркого, часто сухого климата. Прогрев морской воды на мелководье и ее сильное испарение приводили к пересыщению раствора карбонатом кальция. В этих условиях любые плававшие в воде или перемещавшиеся по дну частицы являлись зародышами кристаллизации карбоната, образовывавшего вокруг них концентрические слои. Как правило, оолиты имеют размеры 0,5—1,0 мм. Образования концентрического строения, размер которых превышает 1—2 мм, называют пизолитами. Чаще всего они имеют водорослевую природу и представляют собой онколиты. Скопления оолитов, перекрытые более молодыми осадками, дают начало пластам и пачкам оолитовых известняков. Так как оолиты образуются в условиях высокоподвижных вод, тонкодисперсный кальцит (арагонит) вымывается из них, и после накопления оолиты цементируются кристаллическим кальцитом. Когда движениями воды (течениями) оолиты переносятся в более спокойные участки бассейна, они могут погружаться в карбонатный ил. Частички известкового ила при изменении гидродинамики бассейна могут вноситься в промежутки между оолитами. В таких случаях заполнителем пустот, цементирующей массой оолитового известняка становится микрокристаллическая масса кальцита. Пеллеты, комки и сгустки Пеллеты представляют собой фекальные комочки округловытянутой или овальной формы, образующиеся при переработке илов различными организмами — илоедами (червями, пелециподами, гастроподами, крабами и др.). Размеры фекальных пеллет достаточно разнообразны; они меняются от 0,03—0,04 до 0,14—0,16 мм. Однако в пределах одного слоя они, как правило, одинаковые. Известны современные осадки, в которых фекальные комочки слагают от 50 до 90%, всей массы осадка. В известняках различного возраста описаны слои, значительная часть которых сложена мелкими овальными образованиями с четкими очертаниями, состоящими из микрокристаллического или пелитоморфного кальцита. Масса таких овальных комочков погружена обычно в микро-или яснокристаллический кальцит. Большинство исследователей рассматривают такие известняки как скопления фекальных пеллет. Комки. В ряде случаев в известняках наблюдаются скопления комочков, образованных микрокристаллическим кальцитом, округлой или неправильной формы, различного размера, обладающих четкими очертаниями, которые не могут быть определены как фекальные образования. Их происхождение может быть различным. Они образуются в результате, например, синседиментационного разрушения волнением или течениями полузатвердевщих карбонатных илов; в результате формирования комочков водорослевого кальцита и т. п. Известняки, сложенные такими комочками невыясненного происхождения, выделяются под названием комковатых известняков. Сгустки. Во многих случаях диагенетические процессы приводят к образованию мелких более или менее изометричных участков («сгущений»), сложенных микрокристаллическим или пелитоморфным кальцитом. Такие сгустки могут образоваться при перекристаллизации первично микрокристаллической карбонатной массы или, наоборот, при распаде яснокристаллических кальцитовых агрегатов и их переходе в пелитоморфные разности. Образующиеся сгустки микрокристаллического кальцита могут быть похожи на пеллеты или комки, но обычно отличаются различными размерами и нечеткими размытыми границами. Породы, обладающие такими сгустковыми структурами, называются сгустковыми известняками. Интракласты Термин «интракласты» предложен Р. Фолком в 1962 г. для обозначения компонентов своеобразной обломочной структуры известняков, которая формируется в результате синседиментационного, т. е. параллельного, одновременного с осадконакоплением взламывания и дробления на мелководье под ударами волн известняковых корок и полузатвердевших иловых масс. Образующиеся при этом обломки (интракласты) тут же переоткладываются. Часто дробление вообще не сопровождается переносом, и угловатые обломки обычно микрокристаллического (водорослевого) известняка погружаются в микритовую массу того же состава. Некоторые исследователи относят к интракластовым образованиям обломки биогенных известняков, слагающих брекчиевидные «шлейфы» вокруг рифовых массивов. Размеры интракластов могут быть от нескольких сантиметров до нескольких сотых долей миллиметра в поперечнике. В ряде случаев мелкие обломочки полузатвердевшего карбонатного ила перекатываются волнением по дну и могут округляться. Такие интракласты трудно отличить от карбонатных комков Водорослевого или другого происхождения или от пеллет. Таким образом, проблема определения интракластовой природы конкретных известняков в ряде случаев является достаточно сложной. |
