Песчаник – весьма распространенная порода осадочного чехла. Ее залежи приурочены к аккумулятивным бассейнам. Породы различных месторождений могут значительно отличаться ввиду разных источников происхождения материала, особенностей его отложения и диагенеза.
Генезис
Происхождение песчаника связано с разрушением горных пород, переносом, переотложением и диагенезом обломочного материала. Каждая из этих стадий может иметь особую специфику, что отражается на составе и характеристиках породы. Исходя из этого, на основе состава и структурных особенностей песчаников можно судить о условиях их образования на различных этапах (Атлас текстур и структур осадочных горных пород, 1962).
Об условиях происхождении песчаника свидетельствуют особенности структурных элементов.
Так, на основе окатанности частиц можно судить о длительности транспортировки и многократности переотложения терригенного материала с учетом его состава. Способность к переносу, механизм и, следовательно, подверженность окатыванию напрямую зависят от размеров песчинок. Об этом свидетельствует отсутствие влияния транспортировки на алевритовые частицы размером до 0,1 мм, перемещаемые во взвешенном состоянии, в связи с чем они остаются угловатыми. Хорошая окатанность свойственна материалу, подвергавшемуся длительной транспортировке: слагающему эоловые, речные, озерные и морские осадки, а также неоднократно переотложенному. Следовательно, наименьшей окатанностью отличаются частицы, оставшиеся на месте разрушения пород (элювий).
К тому же в процессе обработки различными экзогенными агентами песчинки обретают специфические особенности поверхности. Так, подверженные эоловому воздействию частицы отличаются шагренированной, матовой, нередко сколотой поверхностью. Прозрачные кварцевые песчинки под влиянием водного потока получают блестящую поверхность со штриховкой.
Гранулометрический состав также отражает агенты транспортировки терригенного материала. Так, пески, переносимые водой и ветром, отличаются соотношением зерен минералов разных фракций. К тому же в эоловых отложениях присутствуют мелкие (до 0,25 мм) хорошо окатанные зерна кварца.
К тому же форма и характер поверхности частиц отражают вторичные изменения, которым подвергся терригенный материал в процессе диагенеза. В результате коррозии поверхность зерен частично разъедается путем растворения первичного вещества и замещается цементом. В результате они обретают неправильную форму. Регенерация частиц состоит в обрастании их оболочкой из новообразований идентичного состава. При этом возможно развитие отдельных граней и целых кристаллов с контурами первоначальных зерен внутри.
На первоначальную пористость отложенного материала обратно влияет окатанность зерен.
Цемент отражает условия седиментации и эпигенеза.
Он может формироваться как во время осаждения терригенного материала (первичный), так и после отложения на разных стадиях диагенеза (вторичный). На примере глинистого первичный цемент образуется из приносимых вместе с песком более мелких частиц, заполняющих пространство между песчинками и скрепляющих их. Эпигенетический цемент образуется из выпадающих из растворов соединений, заполняющих поровые пространства осадка. Данные вещества представлены карбонатами (кальцит, доломит, сидерит), кремнеземом, окислами железа, фосфатами, гипсом, ангидритом. На основе генезиса такой цемент также называют хемогенным.
О сингенетичности цементации можно судить по залеганию песчаника. Разности с первичным цементом слагают слоистые толщи, а вторично сцементированные породы образуют линзы.
Доля цемента в породе мало зависит от его происхождения. Тем не менее в разностях с наибольшим количеством связующего вещества (30-50%) (базальный) он представлен первичным материалом, либо замещенным. В таком случае песчинки погружены в цемент и не взаимодействуют друг с другом. Поровый цемент может быть первичного либо вторичного происхождения, но во втором случае заполняет выщелоченные пространства в первичном. В такой породе связующий материал заполняет поровые пространства между соприкасающимися зернами, но может наблюдаться и на их контактах. Контактный цемент, присутствующий только в местах сближения частиц, имеет различный генезис, но встречается редко ввиду непрочности.
По характеру взаимодействия связующего материала со структурными элементами цемент подразделяют на коррозионный и регенерационный. Первый частично замещает терригенные частицы. Обычно имеет карбонатный, железистый, реже хлоритовый состав. Формирует поровую или базальную цементацию. Регенерационная цементация образуется путем обрастания песчинок материалом того же состава, ориентировки и нередко с кристаллической структурой. Таким образом, зерна связываются веществом того же состава. Это характерно для кварца.
Структуры цемента связаны с его составом. Аморфная цементация характерна для опала и окислов железа, тонкоагрегатная структура – для халцедона, кристаллически-зернистая – для карбонатов, крустификационная – для карбонатов, хлорита, халцедона, опала, окислов железа, глинистых минералов.
Структуры осадочных пород отражают условия отложения терригенного материала. Для мелкообломочных вариантов, включая песчаник, наиболее характерны слоистые структуры. Горизонтальная слоистость, проявляющаяся чередованием слоев различного гранулометрического или минерального состава, формируется в условиях частого изменения среды осаждения, характерных для прибрежной зоны. Косая слоистость проявляется в условиях направленных водных потоков. Волнистая слоистость свойственна отложений мелководной зоны с периодической сменой однонаправленных движений.
Еще один генетический признак – текстуры. Пятнистые текстуры песчаников образуются в результате взмучивания отложенного материала течением, волнением или деятельностью организмов. При этом материал различного гранулометрического состава распределяется неравномерно.
Об условиях образования также можно судить по составу породы. Источником граувакковых частиц служат основные и средние магматические породы, минералы тяжелой фракции, светлоокрашенные песчаники формируются из породообразующих минералов легкой фракции. Железистый цемент характерен для континентальных условий образования, карбонатный – для морских, глауконитовый – для мелководных, гипсовый – для лагунных и озерных.
Месторождения
Залежи песчаников приурочены к бассейнам аккумуляции. Наиболее крупные встречаются в зонах передовых прогибов геосинклиналей. Также, наблюдаются в платформенных областях.
Древние разности докембрийского и палеозойского возраста слагают пластовые тела, в то время как более молодые породы обычно представлены линзами.
В России залежи сосредоточены на Урале, в Сибири (Кемеровская область) на юге (Ростовская область) и в центре (Московская область) европейской части, на Кавказе (в Дагестане). Известняк обширно представлен и в мире: в восточной, центральной и западной Европе, в средней, центральной и юго-восточной Азии, на Ближнем Востоке, в северной Африке, Австралии, Южной и Северной Америке.