Песчаник: терминология характеристики классификация осадочных горных пород

Песчаник: терминология характеристики классификация осадочных горных пород

Песчаники рассматриваются важной группой осадочных пород. Предполагается, что объективная оценка процентного содержания осадочных пород, классифицируемых как песчаники, составляет около 25%. Определить, что подразумевается под термином «песчаник», однако, совсем непросто. Все осадочные частицы размерами от 0,05 до 2 мм, по сути, являются песком, независимо от состава. Но терминология «песчаника» для месторождения песка, в отличие от размера песчаного зерна, видится более сложной. Чтобы осадочную породу охарактеризовать песком, «большинство» частиц должны находиться в диапазоне песчаных размеров. Но что значит «большинство»? Сколько более мелкого и / или более крупного материала допускает состав песка?

Попытки составления терминологии «песчаник»

Учёными предпринимались различные попытки установить терминологию для смесей песка и более мелкого / крупного  осадка с количественными границами. Однако теоретически стандартной классификации не существует. На картинке ниже показаны два способа работы (верхние треугольники) со смесью песка, глины, ила.

Один способ «рациональный», составлен с учётом логичности и симметрии, другой отражает морскую геологическую практику. Там же – в нижней части картинки, показаны два способа исследований (нижние прямоугольники) смеси песка и гравия. Первый способ — идеализированный и симметричный, второй способ отражает использование поля.

Песчаник и способы классификации осадочных горных пород
Табличные способы работы: А – смесь песка, глины, ила; B – смесь гравия и песка; П – песок; Г – глина; И – ил; ГЛ – галька; ГР – гравий; 1, 13, 22, 24 – песок; 2 – глина + песок; 3 – песчаная глина, 4, 16 – глина; 5 – песчаная илистая глина; 6 – глинистый песок; 7 – песчано-глинистый ил; 8 – илистый песок; 9 – песчаный ил; 10 – илистая глина; 11 – глинистый ил; 12, 18 – ил; 14 – грязь-песок; 15 – песок-глина; 17 – грязь; 19, 21, 23 – гравий; 20 – песок 

Трудности различия песчаника и конгломерата, с одной стороны, а также песчаника и алевролита, с другой стороны, достаточно схожи. Если горная порода содержит много ила с песком, таковая обычно классифицируется илистым песчаником. Если же горная порода содержит много гравия и песка, такой материал логично классифицировать гравийным (галечным) или конгломератным песчаником.

Однако в составе горной породы не должно быть много гравия. По мнению некоторых специалистов, только содержимое гравия на 10-20% или того меньше, позволяет классифицировать горную породу конгломератом.

Пески (песчаные отложения), между тем, допускаю составы:

  • кремнеземистые,
  • карбонатные,
  • эвапоритовые,

в случае выдуваемых ветром или переносимых водой частиц гипса на поверхностях игровых площадок в пустынях.

Но как только месторождение достаточно литифицировано под классификацию песчаника, термин применяется исключительно к силикатным породам, но не карбонатам. В случае обломочных карбонатных пород, частицы которых имеют размер песка, термин «известняк» имеет приоритет над термином «песчаник».

Различные характеристики песчаников

Существует множество характеристик песчаников, каждая из которых определяет неким образом эту осадочную породу. Часто встречаются следующие:

  1. Песчаники обладают чрезвычайно широким диапазоном основ композиции — от полного кварца до небольшого количества кварца и большого количества полевого шпата и / или фрагментов породы.
  2. Песчаники также показывают чрезвычайно широкий спектр текстур, от качественно отсортированных и хорошо округленных, до хаотичных и полуугловатых.
  3. Сортировка и округление структурных зёрен, как правило, различаются, но есть важные исключения.
  4. Основа композиции и структурная текстура тесно взаимосвязаны. Песчаники с различным структурным составом имеют, как правило, плохо отсортированные и плохо закругленные структурные зёрна. Песчаники с полностью кварцевой основой, как правило, имеют хорошо отсортированные и хорошо закругленные структурные зёрна, но опять-таки есть важные исключения.
  5. Осадочные структуры в песчаниках, как первичные, так и вторичные, являются распространёнными, заметными и чрезвычайно полезными для интерпретации условий осадконакопления в большей степени, чем в других породах.

Как определить песчаник среди других пород?

Логично выполнить изыскательскую работу на присутствие в составе наносных (детритовых) зёрен. Для такой работы подойдёт обычная ручная линза (увеличительное стекло). Если песчаник довольно мелкий и богат матрицей, этот фактор способен, однако, затруднить изыскания, особенно если порода демонстрирует переход к метаморфизму.

Песчаник - как определить осадочную горную породу?
Насколько сложным является момент определения наличия осадочной породы, к примеру, по отношению к такому природному объекту, что представлен на картинке, демонстрирует практика исследований

Нередко породу классифицируют известняком только потому, что порода растворяется в кислоте. Но этому может способствовать карбонатный цемент или небольшой процент карбонатных зёрен либо окаменелостей, присутствующих в настоящем песчанике.

В действительно сложных ситуациях по исследованию, при абсолютном напластовании, всегда есть вероятность предположить песчаник, а не какой-нибудь другой вид породы. Но в реалии исследователь может иметь дело с вулканической магматической породой.

Ниже отмечен аннотированный перечень других типов пород, вполне способных интерпретировать песчаник:

  • вулканические,
  • известняки,
  • граниты,
  • низкоуровневая золотодобыча.

Для варианта фельзических (кислых) вулканогенных отложений существует истинная градация, где многие фельзические вулканические породы внешне схожи с определёнными «обычными» песчаниками. В случае мафических вулканитов, некоторые тёмно-серые граувакки сильно схожи с базальтами / андезитами.

Вариации промежуточных случаев для песчаника

Для варианта известняков, помимо того факта, что существуют действительно промежуточные случаи, когда одна часть структуры является карбонатной, а другая — силикатной, некоторые тёмные неископаемые известняки внешне выглядят как песчаники.

Для варианта гранитов, грубые, хорошо цементированные песчаные породы, богатые полевым шпатом, сильно похожи на граниты. Тщательное изучение текстуры и возможность увидеть принадлежности напластования, как правило, помогают достигать точного определения.

Песчаник в составе образцов горных пород
Образцы: 1, 2 — халцедоны, связанные компактно с разными оттенками серо-бежевого цвета; 1 — тёмными тонами выражены вкрапления гидроокиси марганца или дендритов; 3 — связующий компактный тип с остатками силицированных розовых песчаников; 4 — с фрагментами песчаника

Наконец, с вариантом низкоуровневой золотодобычи проблема заключается в суждении о том, где провести черту. Черту под песчаником поможет подвести список свойств этой породы.

«Фундаментальные» свойства песчаника

«компонентный» состав обычно содержит:

  • минералы,
  • обломки пород,
  • окаменелости,
  • органическое вещество.

Текстура осадочной структуры, как правило, отличается:

  • размером зерна,
  • формой зерна,
  • расположением зерна.

«Дериватные» свойства песчаника

  • химический состав;
  • объёмная плотность;
  • цвет;
  • прочность (растяжение, сжатие, сдвиг);
  • пористость;
  • проницаемость;
  • скорость упругой волны;
  • электрические свойства;
  • теплоемкость;
  • теплопроводность и т.п.

В дополнение к этому, есть ряд других важных вещей, которые допустимо описать, но которые не вписываются в приведенный выше список:

  • рыхлость (степень уплотнения или литификации);
  • разделяющие характеристики;
  • развитие расщепления породы;
  • характеристики выветривания;
  • склон / формирование скалы.

Составляющие песчаников (частичный обзор)

Минеральный скелет:

  • кварц (обычно доминирующий);
  • полевой шпат (шпат >> плагиоклаз; обычно частично изменён; микроклин > ортоклаз);
  • фрагменты породы (кремень / кварцит действуют как кварц; другие не устойчивы);
  • тяжелые минералы (разнообразные; большинство минералов; редки в изобилии);
  • слюды (обычные, малой % долей; мусковит >> биотит);
  • обломочные карбонаты (смеси распространены меньше, чем законченные структуры);
  • глауконит (локально, иногда в богатых кварцем породах).

Пустой заполнитель:

  • кварц (как вторичные гипертрофии);
  • кварц (в виде рекристаллизованного аморфного кремнезёма);
  • кремень (аморфный кремнезём);
  • кальцит (реже доломит);
  • гематит (первичный или вторичный);
  • экзотика (ангидрит, гипс, барит, галит, сидерит и т. д.);
  • матрица (мелкий материал, не аутигенный);
  • мелкозернистые нефиллосиликаты (кварц, полевой шпат, карбонаты);
  • мелкозернистые филлосиликаты (начинаются как глинисто-минеральные грязи, перекристаллизовываются в «серицит», «белую слюду», хлорит);
  • богатые филлосиликатом фрагменты крупных горных пород.

Классификация песчаников по принципу трёхмерного треугольника

Много усилий ушло на разработку рациональных классификаций песчаников — больше, чем для других осадочных пород. Геологи согласны с тем, что классификации важны и полезны не только для общения, но и для организации мышления. Качественно сделанная  классификация может помочь выявить основные закономерности, которые необходимо объяснить.

Существует много разных видов классификации. Обычно проводится различие между генетической и описательной классификацией. При классификации пород существует общее согласие, что лучшая классификация — это описательная, тогда как за основу берётся генетическая.

Преимущество генетической классификации в том, что этот вариант более объективен, но одновременно ориентирован на происхождение породы. (Проблема с классификацией песчаника, подобной эолийской, в том, что интерпретация условий осадконакопления встроена, что не защищает от ошибки.)

Ниже отмечены некоторые из важных генетически основанных определяющих параметров, которые можно использовать:

  • происхождение,
  • минералогическая зрелость,
  • текстурная зрелость,
  • осадочная среда,
  • диагенез.

Почти все без исключения разработанные классификации использовали первые три из параметров списка. Большое количество классификаций было официально предложено в печатном виде. Все классификации, кроме нескольких, однако, принесли мало пользы на практике. Большинство представляют не более чем исторический интерес на данный момент времени. Наиболее широко используемыми остаются сейчас только три классификации. Получили названия по именам учёных:

  • Петтиджон,
  • Поттер,
  • Сивер.

Технология классификаций показана на картинке ниже в виде трёхмерной модели:

Песчаник - методика трёхмерной классификации осадочной горной породы
Классификация песчаников по принципу Петтиджон, Поттер, Сивер: QTZ – кварц; FS – полевой шпат; RF – фрагменты породы; A – арениты; W – граувакки; M – сланцы; PM – процентная матрица (< 30 мкм); 1 – аркозовый аренит; 2 – каменный аренит; 3 – субаркозит; 4 – сублитаренит; 5 – кварцевый аренит; 6 – полевой шпат; 7 – каменный граувакк; 8 – кварцевый граувакк

Основная идея классификации заключается в том, что существует два широких текстурных вида песчаников:

  1. Арениты, без заметной мелкой матрицы вместе с минеральным скелетом.
  2. Граувакки, с ощутимой мелкой матрицей вместе с минеральным скелетом.

Внутри каждого из этих классов песчаника имена присваиваются на основе процентного содержания трёх основных компонентов структуры:

  1. Кварца.
  2. Полевого шпата.
  3. Фрагментов породы.

Однако отмеченные классификации допустимо использовать только в ограниченной степени в данной области. Эти варианты предназначены для тонких работ. Видится, например, полезным применение в полевых условиях, только если песчаник довольно грубый. Если обнаруживается невозможность применения в полевых условиях, остаётся петрология – составление треугольных композиционных диаграмм.


При помощи информации: SbGeo