Литология

Геологический факультет МГУ, кафедра литологии и морской геологии,

тел. 939-12-48.

Автор - проф. Фролов Владимир Тихонович.

Курс читается в 4-6 семестрах для студентов специальности 011100 - геология.

Объем курса - 160 часов, лекции - 80 часов, лабораторные занятия - 80 часов.

Форма контроля. Регулярный прием письменных и графических материалов, 1 реферат в каждом семестре; зачет в 4 и 5 семестрах, курс завершается экзаменом.

Аннотация. Курс "Литология" - один из базовых для специальности 011100 - геология.

Цель курса "Литология" - заложение основ системных, целостных знаний осадочных пород, или экзолитов, с акцентом на овладение методами их изучения и на умение применения знаний для решения научных и практических задач. Особенности курса - количественная оценка свойств пород и содержаний их компонентов (для удобства использования компьютеров) и постоянное использование генетического и исторического подходов, оперирование понятиями о генетических типах, фациях, формациях и о стадиях эволюции экзолитов и литогенеза в целом.

1.1. Литология как наука. Определение, объект предмет изучения, цели и задачи, связь с петрологией магматических и метаморфических пород, палеонтологией, минералогией, геохимией, стратиграфией, тектоникой, географией, океанологией, биологией, химией и физикой, а также с математикой и экономикой. Основные подходы, полевые и лабораторные методы. Роль эксперимента.

Теоретическое и практическое значение экзолитов и литологии. Относительное значение полезных ископаемых, добываемых из экзолитов, осадочные породы и толщи - основные геоисторические документы. Их роль для инженерного строительства. Почвы и охрана природы.

История литологии. Литологические сведения в трудах М.В.Ломоносова. Значение работ Гресли, Прево, Лайеля. Метод акутуализма. Литологические работы русских геологов Х1Х и начала ХХ веков. Микроскопический период петрографии. Исторический подход и принцип развития. Работы Н.А.Головкинского, И.Вальтера, Ю.А.Жемчужникова. Д.В.Наливкина, Г.Ф.Крашенинникова по учению о фациях. А.П.Павлов - основатель учения о генетических типах континентальных отложений, развитие его Н.И.Николаевым, Е.В.Шанцером, В.Т.Фроловым и др. Вклад литологии в развитие учения о формациях. Выделение литологии в самостоятельную геологическую науку. Первые литологи. Значение работ В.И.Вернадского. Современное состояние литологии и перспективы развития.

1.2. Определения осадочной породы. Сложность состава и происхождения и принципиальные отличия осадочных пород от магматических и метаморфических. Химический и минеральный состав осадочных пород в сравнении с составом магматических. Определение осадочных пород Л.В.Пустовалова (1940) и его комментарий.

Зона осадкообразования и ее термодинамическая характеристика. Состояние и баланс вещества. Жизнь и другие движущие силы седиментогенеза. Типы литогенеза по Н.М.Страхову и другим ученым. Климатичекая, тектоническая, батиметрическая, вулканическая и другие зональности на Земле. Границы зоны осадкообразования и ее соотношение с биосферой. Учение В.И.Вернадского о биосфере и ноосфере.

Стратисфера, ее границы, термодинамика, состояние воды, источники энергии и движущие силы, основные процессы, геохимические барьеры. Стадии литогенеза и стадиальный анализ. Постседиментационные аутигенные минералы, изменения структур и текстур. Сходства и различия зоны осадкообразования и стратисферы. Научное и практическое значение стратисферы.

1.3. Стадии литогенеза. Мобилизация вещества, перенос и накопление. Выветривание. Определение, движущие силы, процессы. Физичское, химическое, биологическое и механическое выветривание и их производные - породы и руды. Субаэральный (наземный) и субаквальный (подводный) элювий. Вулканический элювий. Выветривание осадков. Рассеяние продуктов выветривания. Их роль в седиментации. Элювиальные геоформации. Эволюция выветривания Земли. Научное значение выветривания.

Вулканизм, его типы и процессы и основные продукты: твердые, жидкие и газовые. Туфы, их признаки и состав. Распределение туфов на Земле. Гидротермальная мобилизация вещества. Источник воды и растворенных в ней катионов и анионов. Вулканические газы и их роль в седиментации. Хемогермы на суше и под водой. Подводный вулканизм. Вулкано-осадочная зональность и геоформации. Вулканогенные осадочные породы и руды. Эволюция вулкано-осадочного литогенеза.

Перенос осадочных компонентов в экзосферах, его движущие силы, способы и масштабы. Взрывной, вулканический, гравитационно-склоновый, эоловый, водный, биологический и техногенный способы переноса. Их количественная оценка. Размер переносимых зерен и глыб. Дальность переноса. Влияние размера, формы и веса (массы) на транспортабельность материала. Формы, способы и массы переноса реками основных компонентов осадков. Формула Эри. Формулы стока. Понятие о гидравлической крупности. Перенос в водоемах. Волнение и течения. Глубоководные течения. Контуриты, Глобальные, региональные и локальные морские течения. Гравитационные потоки и турбидные (мутевые) течения. Апвеллинги и даунвеллинги и другие формы вертикальной циркуляции. Ледовый разнос на суше и в водоемах. Влияние форм и способов переноса на осадконакопление. Диагностика их в древних отложениях.

Накопление (седиментация) - основная стадия литогенеза. Связь накопления с переносом вещества. Их отличия. Многообразие форм и способов накопления - причина разнообразия генетических типов осадков и отложений. Понятия об осадочных дифференциациях и интеграциях вещества в путях миграции и при накоплении. Схемы механической и химической дифференциации по Л.В.Пустовалову и Н.М.Страхову. Дифференциация материала по размеру, форме, масс и химическому составу. Влияние растворимости, поливалентности и биофильности на дифференциацию вещества. Биогенная дифференциация. Ряды подвижности элементов и соединений. Схемы дифференциации гумидного, аридного и гидротермо-осадочного типов седиментогенеза. Теоретическое и практическое значение осадочной дифференциации и ее выражение в составе и структуре осадков. Осадочная интеграция и ее выражение в составе и структуре осадков. Интеграция химическая и механическая и обезличение вещества. Значение изотопного анализа для выяснения источников вещества. Диалектика взаимосвязи дифференциации и интеграции. Химическая концентрация и рассеяние вещества и влияние на рудогенез. Пассивные формы накопления. Перлювий эоловый и водный.

Понятие о сингенезе по Л.Б.Рухину и его отношение к выветриванию и диагенезу. Движущие силы, процессы и основные продукты.

Гальмиролиз. Образование глауконита, шамозита, железных и железо-марганцевых конкреций, фосфоритов. глинизация вулканических пеплов. Происхождение цеолитов, красных океанических глин, панцирей в морях (твердого дна) и на суше. Термодинамика сингенеза.

Диагенез по Н.М.Страхову: определения, границы, длительность и толщина (мощность) зоны диагенеза, его термодинамические, химические и биологические условия. Основные процессы и литологические результаты. Роль и причины деградационных процессов и их систематика. Синтез новых минералов, аградация и образование пород. Перераспределение вещества и его причины (движущие силы). Химическая дифференциация вещества. Образование конкреций, их состав и зависимость от вмещающего осадка. Цементация. Движущие силы диагенеза в целом и признаки его завершения. Диагенетические минералы. Теоретическое и практическое значение диагенеза. Диагенез в разных климатических и тектонических условиях. Эволюция диагенеза Земли.

Катагенез: определение, движущие силы, границы, длительность, толщина (мощность) зоны катагенеза, основные процессы и продукты. Термодинамические и гидрогеологические условия. Подразделение катагенеза в литологии и нефтяно геологии. Ранний (начальный) катагенез: его границы, термодинамические и гидрогеологические условия, движущие силы, основные процессы и продукты. Новые минералы и трансформация первичных компонентов. Сходство с выветриванием. Преобразование темноцветных минералов, вулканического стекла и вулканокластов, а также полевых шпатов. Повышение минерализации подземных вод и начало илизионного процесса. Магнезиальный, кремневый и сульфатный метасоматоз, образование вторичных доломитов и серных гнезд и жил. Образование конкреций. Углефикация торфов, образование бурых и каменных длиннопламенных и газовых углей. Цементация.

Поздний (глубинный) катагенез: его границы, условия, движущие силы, длительность, основные и частные процессы и результаты. Минеральные и структурные преобразования, образование мраморов и аргиллитов. Главная фаза нефтеобразования (ГФН) и главная зона нефтеобразования (ГЗН), главные фазы и зоны газообразования (ГФГ и ГЗГ), образование основных типов каменных углей, включая коксовые. Шкала преобразования витринита, основанная на линейном увеличении его отражательной способности в связи с нарастанием углефикации. Преобразование силицитов, песчаников, солей. Илизионные процессы. Образование трещин, гидроразрывы и их залечивание. Эвакуация микронефти и газа из материнских пород и образование их залежей. Теоретическое и практическое значение катагенеза и его продуктов. Примеры катагенетически измененных пород.

Метагенез: определение, границы, термодинамические и гидрогеологические условия, глубины, движущие силы, основные процессы и результаты. Минералогические, структурные и текстурные преобразования и новообразования. Перекристаллизация карбонатолитов и аргиллитов, образование яснокристаллических мраморов, глинистых сланцев, апосилицитовых микрокварцитов и кварцитовидных песчаников. Стилолиты в кварцевых песчаниках, массовая регенерация кварца и других кристаллокластов. Направленная коррозия и кристаллизация, рекристаллизационная грануляция кварца и бластез. Антрациты. Граница с метаморфизмом. Геологическое значение метагенеза. Стадиальный анализ и история породы (ее онтогенез). Работы О.В.Япаскурта.

1.4. Минеральный состав экзолитов. Особенности минералов осадочных пород, градации их кристалличности и химический состав. Система минералов экзолитов. Породообразующие главные, малые и минипородные. Акцессорные минералы. Кристаллокласты, литокласты, витрокласты и биокласты. Научное и практическое значение минералов экзолитов и их эволюция на Земле.

Компонентный состав. Понятие компонентов и их генетическая классификация. Относительная роль типов компонентов в составе экзолитов. Аутигенные (автогенные, или автохтонные, и аллогенные (аллохтонные), космические, природные и искусственные компоненты. Вулканические и ударно-земные компоненты: пирокласты, экзокласты, ювенильные и ремобилизованные (резургентные) твердые, жидкие и газовые компоненты. Вулкано-осадочные формации и вулканические провинции. Палеогеографическая и стратиграфическая роль вулканокомпонентов и их эволюция.

Терригеные компоненты: состав, количество, роль в строении пород и формаций, способы мобилизации, переноса и накопления. Реликтовые, новообразованные гипергеные, биогенные и техногенные террикомпоненты. Химичекая зрелость терригенного материала и ее генетическое значение. Стратиграфические терригенно-минералогические комплексы (СТМК), питающие провинции (ПП), петрофонд и терригенно-минералогические провинции (ТМП). Климатические и тектонические циклы ТМК. Геоэволюция, практическое и теоретическое значение ТМК.

Эдафогенный материал осадков и пород: состав, формы, признаки, количество. Масштабы перемыва, переотложения и конденсирования осадков на дне водоемов. Палимпсестовые отложения. Роль в формировании полезных ископаемых.

Биогенные компоненты: терригенные и мариногенные, планктоно-, нектоно- и бентогенные, их роль в породообразовании и эволюция. Геохимическая роль живого и органического вещества. Значение для стратиграфии и палеогеографии. Полезные ископаемые.

Седиментохемогенные (или седихемогенные) компоненты: минеральные и генетические типы, количество, роль в породообразовании, эволюция, практическое и теоретическое значение. Разделение с сингенетическими компонентами. Аутигенно-минералогические провинции (АМП) или геохимические фации (ГХМ) Л.В.Пустовалова и Г.И.Теодоровича.

Диагенетические компоненты: минералы, формы, масштабы проявления. Конкреции и цемент. Ката- и метагенетические компоненты: минералы, формы и масштабы проявления, отличия от седи- и диагенетических компонентов. Техногенные компоненты.

1.5. Строение осадочных пород. Структуры, текстуры и укладка (упаковка), их определения и значение. Классификация структур по размеру, форме и взаимотношению зерен. Главный разделительный размер между фанеро- и криптомерными породами. Грубо-, крупно-, мелко- (или средне) и тонкообломочные, конформно- и некомфорнозернистые структуры. Биоморфные, сфероагрегатные, обломочные первичные и грано-, лепидо-, фибробластовые и механоконформные вторичные структуры. Структурный каркас пород, заполнитель (основная масса или матрикс) и цемент. Типы цементов. Структурный анализ.

Текстуры, их классификации, петрографическое и генетическое значение. Текстуры внутренние и поверхностей слоев, текстуры наслоения и наложенные диа-, ката- и метагенетические. Неслоистые и слоистые текстуры. Типы косой слоистости. Биогенные, оползневые, гляциальные, метасоматические, фунтиковые, сланцеватые и стилолитовые структуры. Типы ряби, ее индекс и палеогеографическое значение. Следы животных, трещины усыхания, морозные клинья, корни растений, отпечатки кристаллов, следы падения, волочения, слепки борозд размыва, знаки внедрения и оползания и другие текстурные знаки кровли и подошвы пластов. Текстурный анализ, генетическое и практическое значение текстур.

Укладка пород и ее влияние на прочность и коллекторские свойства. Генетическое значение. Поритсость, ее типы и величина и изменение на глубинах земной коры. Проницаемость.

Строение толщ: перерывы седиментации, их типы, диагностика и геологическое значение. Понятие об элементарных циклитах и их типах.

1.6. Включения: определение, классификация, морфологические, минералогические и генетические типы, связь с вмещающими породами, стадии образования и геологическое значение. Конкреции, их строение, генезис, типы и значение. Конкреционый анализ. Секреции и другие заполнения пустот, псевдоморфозы, геологическое использование.

1.7. Методы изучения: литологические, геологические, геохимические, палеоэкологические, геофизические, экспериментальные; полевые и лабораторные; сбор объективных данных (морфологический анализ) и их генетическое и другое ретроспективное истолкование. Метод актуализма и сравнительно-литологический подход и метод.

2.1. Классификации осадочных пород, или экзолитов. Принципы и типы класификаций. Классификации морфологические и генетические. Схемы классификаций М.С.Швецова, Г.И.Теодоровича, Л.Б.Рухина, Н.В.Логвиненко, Р.Фолка, Ф.Дж.Петтиджона, В.Т.Фролова, В.Н.Шванова, Ю.П.Казанского и др. Номенклатура. Классификации смешанных пород. Генетические типы и их классификации. Иерархия геологических объектов. Осадки, породы, отложения, формации.

2.2. Определения, классификации, история и методы изучения, строение (структуры. текстуры), химический и минеральный составы, петротипы, литотипы, геология, происхождение (источники вещества, способы и условия образования), преобразование, теоретическое и практическое использование и эволюция в истории Земли аквалитов, силицитов, аллитов,ферритолитов, манганолитов, карбанолитов, эвапоритов (солей), фосфоритов, каустобиолитов, пелитолитов (глиняных пород) и кластолитов. Краткая характеристика малых пород и минипород (конкреций, выполнений пород, жил и др. включений).

3.1. Строение осадочных толщ. Циклы и циклиты, цикличность и циклитовость, их классификации, генетические типы, иерархия, строение, методы изучения, теоретическое и практическое значение. Ритмы. Циклический (циклитовый) анализ.

3.2. Геологические формации. Петрогафическое (литологическое) и генетическое понимание геоформаций. Конкретная и абстрактная формации, формационная единица и формационный тип. Определения формаций. Классификации формаций. Флиш, моласса, шлир, рифовые, шельфовые, платформенные,орогенические, океанические, вулканические и другие формации. Выделение формационной единицы. Формационный анализ, его стадии и процедура. Бассейновый анализ. Теоретическое и практическое значение формаций, их связь с полезными ископаемыми и эволюция.

3.3. Генетический и фациально-палеогеографический анализы. Литогенетическое изучение осадочных толщ. Соотношение литотипов и генотипов слоев и отложений. Диагностические признаки и генетическая интерпретация. Учет неполноты геологической летописи. Комплексность генетического анализа. Генотипы континентальных и морских отложений, их классификации Н.И.Николаевым, Е.В.Шанцером и В.Т.Фроловым.

Фации и фациальный анализ. Понимание фаций А.Гресли, Д.В. Наливкиным, В.И.Поповым, Н.С.Шатским, Г.П.Леоновым, Г.Ф.Крашенинниковым, П.П.Тимофеевым, В.Т.Фроловым и др. Фации в относительном смысле и генетические фации. Цели и задачи фациального анализа и его процедура. Фациальные профили и карты. Палеогеографическое истолкование фациальных карт. Палеогеографические карты, их типы и нагрузка. Теоретическое и практическое значение палеогеографических исследований. Отношение их к бассейновому анализу. Соотношение с формационным анализом.

3.4. Разработка общей теории литогенеза. Работы Л.В.Пустовалова, Н.М.Страхова и др. Актуалистическая и геоисторическая основы теории. Работы А.П.Лисицина и общий учет баланса вещества и циклы его преобразования. Движущие факторы литогенеза. Космос, жизнь, климат, тектоника, вулканизм и техногенез как факторы литогенеза. Эволюция литогенеза Земли и отдельных седиментационных бассейнов и геоструктур. Непрерывность, пульсационность, перерывы седиментогенеза. Эволюция выветривания и седиментации, соотношение вулканической и экзогенной, механической и химической, биологической и техногенной седиментации. Геоисторическая роль экзолитов.

3.5. Осадочные полезные ископаемые, их классификации, масштабы, размещение и происхождение. Использование осадочных пород в сельском хозяйстве, в инженерных сооружениях и в решении проблем охраны природы. Геологические прогнозы.

1. Овладение методами макроскопического и микроскопического (в шлифах) изучения и описания всех типов экзолитов, особенно силицитов, карбонатолитов, эвапоритов, фосфоритов, глин и кластолитов, а также аллитов (бокситов), железных и марганцевых руд и каустобиолитов. Отработка навыков научного документирования изучения: упорядоченного (анкетного) описания и правильного выполнения рисунков и схем. Помимо выработки и закрепления профессионального умения - заложение основ полного, системного знания осадочных пород, дающего уверенность при их диагностике.

2. Овладение возможно большим числом методов изучения экзолитов: помимо основных (макроскопического и микроскопического) - гранулометрическими, бинокулярными, иммерсионными, химическими, рентгеноструктурными, электронно-микроскопическими и термическими анализами и современными методами обработки и представления их данных и результатов.

3. Изучение конкреций и др. включений, текстур элювиальных, механогенных, хемогенных и биогенных образований: слоистости разных типов, неслоистых первичных и вторичных текстур, знаков на кровле и подошве пластов, псевдоморфоз и знаков деформации. Изучение элементарных циклитов: флиша, периодитовых и др. циклических отложений.

4. Приобретение опыта сравнительного изучения, анализа двух и большего числа природных осадочных образований. Написание макета научной статьи по ним. В значительной мере это выполняется как индивидуальная работа, вне лаборатории.

5. Программа индивидуальных и домашних работ включает оформление лабораторных описаний, доработку контрольных работ, составление графиков и текста - обобщения, генетические выводы, написание статей и очерков, работу с определителями, работу над курсовыми и дипломными проектами, подготовку докладов, составление программ для компьютеров и использование последних в литологических целях.

Основная

Казанский Ю.П., Ван А.В., Кашик С.А. Осадочные породы. Новосибирск, Наука, 1994.

Крашенинников Г.Ф., Волкова А.Н., Иванова Н.В. Учение о фациях с основами литологии. М., МГУ, 1988.

Логвиненко Н.В., Орлова Л.В. Образование и изменение осадочных пород. Л., Недра, 1987.

Логвинеко Н.В., Сергеева Э.И. Методы определения осадочных пород. Л., Недра, 1986.

Наумов В.А. Оптические определения компонентов осадочных пород. М., Недра, 1981.

Петтиджон Ф.Дж. Осадочные породы. М., Недра, 1981.

Рухин Л.Б. Основы литологии. Л., Недра, 1969.

Справочник по литологии. М., Недра, 1983.

Фролов В.Т. Руководство к лабораторным занятиям по петрографии осадочных пород. М., МГУ, 1964.

Фролов В.Т. Литология. М., МГУ. Кн.1 - 1992, кн.2-1993, кн.3- 1995.

Шванов В.Н. Петрография песчаных пород. Л., Недра, 1987.

Швецов М.С. Петрография осадочных пород. М., Госгеолтехиздат, 1958.

Япаскурт О.В. Стадиальный анализ литогенеза. М., МГУ,1995.

Дополнительная

Гриффитс Дж. Научные методы исследования осадочных пород. М., Мир, 1971.

Крашенинников Г.Ф. Учение о фациях. М., Высшая школа, 1971.

Лидер М.Р. Седиментология. М., Мир, 1986.

Лисицин А.П. Процессы океанской седиментации. М., Наука, 1978.

Логвиненко Н.В. Петрография осадочных пород. М., Высшая школа, 1984.

Преображенский А.И., Саркисян С.Г. Минералы осадочных пород. М., Гостоптехиздат, 1954.

Рединг Х. и др. Обстановки осадконакопления. Т.1,2. М., Мир, 1990.

Страхов Н.М. Типы литогенеза и их эволюция в истории Земли. М., Госгеолтехиздат, 1963.

Фролов В.Т. Опыт и методика комплексных литолого-стратиграфических и палеогеографических исследований. М., МГУ, 1965.