Івано-Франківський національний технічний

Університет нафти і газу

 

Кафедра теоретичних основ геології

 

Г.Д. Горванко

 

ЛІТОЛОГІЯ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

Для студентів спеціальності “Геологія” (спеціалізації “Геологія нафти і газу” та “Геофізика”)

Івано-Франківськ

2005

МВ 02070855-1503-2005

 

Горванко Г.Д. Літологія. Конспект лекцій. – Івано-Франківськ: Факел, 2005. – 228 с.

 

Конспект лекцій з літології складений відповідно до програми даного курсу, який читається студентам геологорозвідувального факультету, а також може бути використаний при вивченні осадочних та метаморфічних порід студентами інших спеціальностей.

У конспекті розглянуті питання, що стосуються процесів літогенезу, мінералого-петрографічної характеристики осадочних і метаморфічних порід, основні методи літолого-фаціального і формаційного аналізу і його використання в різних напрямках літологічних досліджень, зокрема при реконструкції палеографічних умов формування різних корисних копалин, в тому числі нафти і газу.

Даний конспект лекцій разом з лабораторним посібником з цієї дисципліни передбачає необхідну літологічну підготовку спеціалістів для вирішення завдань нафтогазової геології та інших геологічних проблем.

 

Рецензент: завідувач кафедри теоретичних основ геології, кандидат геолого-мінералогічних наук, доцент О.Р. Стельмах

 

Дане видання – власність ІФНТУНГ. Забороняється тиражування та розповсюдження.

МВ02070855-1503-2005

Горванко Г.Д. Літологія. Конспект лекцій. – Івано-Франківськ: Факел, 2005. – 228 с.

Конспект лекцій з літології складений відповідно до програми даного курсу, який читається студентам геологорозвідувального факультету, а також може бути використаний при вивченні осадочних та метаморфічних порід студентами інших спеціальностей.

В конспекті розглянуті питання, що стосуються процесів літогенезу, мінералого-петрографічної характеристики осадочних і метаморфічних порід, основні методи літолого-фаціального і формаційного аналізу і його використання в різних напрямках літологічних досліджень, зокрема при реконструкції палеографічних умов формування різних корисних копалин, в тому числі нафти і газу.

Даний конспект лекцій разом з лабораторним посібником з цієї дисципліни передбачає необхідну літологічну підготовку спеціалістів для вирішення завдань нафтогазової геології та інших геологічних проблем.

 

Рецензент: завідувач кафедри теоретичних основ геології, кандидат геолого-мінералогічних наук, доцент О.Р. Стельмах

 

Голова навчально-методичного

об’єднання спеціальності

“Геологія”                                                Б.Б. Федоришин

 

Завідувач кафедри теоретичних

основ геології                                         О.Р. Стельмах

 

Член експертно-рецензійної

комісії університету                               Р.М. Рудий

 

Нормоконтролер                                    О.Г. Гургула

 

Коректор                                                 Н. Ф. Будуйкевич

 

Дане видання – власність ІФНТУНГ. Забороняється тиражування та розповсюдження.

 

ЗМІСТ

 

ВСТУП.............................................................................. 5

Лекція №1 Літологія і її завдання................................... 6

Лекція №2 Загальні відомості про осадочні гірські
породи........................................................... 12

Лекція №3 Процеси літогенезу...................................... 16

Лекція №4 Перенос (транспортування) осадочного
матеріалу....................................................... 24

Лекція №5 ІІІ стадія літогенезу. Седиментогенез –
 накопичення осадків................................... 30

Лекція №6 Діагенез – стадія перетворення осадку
в осадочну породу........................................ 36

Лекція №7 Вторинні зміни осадочних порід.
Катагенез, метагенез та гіпергенез............. 42

Лекція №8 Еволюція і періодичність осадочного
процесу.......................................................... 47

Лекція №9 Класифікація і будова осадочних
 гірських порід. Структурно-текстурні
особливості................................................... 53

Лекція №10 Основні типи осадочних гірських порід.
Уламкові породи........................................ 65

Лекція №11 Вулканогенно-осадочні породи................ 73

Лекція №12 Глинисті гірські породи............................. 77

Лекція №13 Карбонатні породи..................................... 81

Лекція №14 Соляні, кремнисті і фосфатні породи....... 90

Лекція №15 Алюмінисті (глиноземисті), залізисті і
марганцеві гірські породи......................... 99

Лекція №16 Каустобіоліти і їх органічні утворення.... 105

Лекція №17 Методи вивчення осадочних порід........... 113

Лекція №18 Осадочні фації і їх характеристика........... 122

Лекція №19 Континентальні фації
 і їх характеристика.................................... 127

Лекція №20 Фації перехідні від континентальних
 до морських................................................ 137

Лекція №21 Морські фації............................................... 151

Лекція №22 Фації морських водойм
з аномальною солоністю............................ 161

Лекція №23 Основні методи фаціального аналізу....... 166

Лекція №24 Сучасні формації і основи формаційного
аналізу.......................................................... 175

Лекція №25 Метаморфізм і метаморфічні гірські
породи.......................................................... 186

Лекція №26 Літологія природних резервуарів............. 207

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ................... 218

Додатки.............................................................................. 219

 

 

 

ВСТУП

 

 

Літологія – одна із фундаментальних наук геологічного циклу. Вона широко використовується в різних галузях геологічних досліджень і з нею пов’язані все нові наукові і прикладні напрямки вивчення осадочних порід. Зокрема в нафтогазовій геології – це літологія природних резервуарів, нафтогазопромислова літологія, літолого-фаціальний і формаційний аналіз та ін.

Літологія тісно пов’язана з науками геологічного циклу – стратиграфією, палеонтологією, кристалографією, геотектонікою, історичною геологією, вченням про нафту та ін. У літології широко використовуються відомості і методи фізико-математичних і фізико-хімічних циклів.

При обробці літологічних матеріалів у даний час широко використовується електронно-обчислювальна техніка, яка значно полегшує і прискорює узагальнення фактичних даних. Необхідно відмітити, що можливості літології в напрямку вирішення практичних задач, особливо при пошуках і розвідці корисних копалин, ще розкриті не повністю.

Даний конспект лекцій разом з лабораторним практикумом з цієї ж дисципліни, виданим у 2003 р., забезпечує необхідну літологічну підготовку спеціалістів для вирішення завдань нафтогазової геології і націлює їх для майбутніх теоретичних і практичних розробок.

При написанні конспекту лекцій автором використані досвід викладання дисципліни і її розділів, а також літературні джерела вітчизняних і зарубіжних вчених.

 

ЛЕКЦІЯ №1

ЛІТОЛОГІЯ І ЇЇ ЗАВДАННЯ

 

 

Літологія – наука про осадочні породи і корисні копалини з ними зв’язані.

 

1 Історія розвитку літології. Виникнення петрографії осадочних порід.

2 Роль літології при пошуках і розвідці родовищ корисних копалин у цілому і, зокрема, при пошуках і розвідці нафти й газу.

3 Місце геології у комплексі наук про Землю і її зв’язок з іншими природничими науками.

 

Літологія – це наука про осадочні гірські породи. Назва її у перекладі з грецької – “літос” – камінь, і “логос” – наука. Літологія – наука відносно молода. Вона відокремилась від петрографії на початку ХХ ст. Але практичне й теоретичне значення науки дуже велике і це пояснюється тим, що предмет її дослідження – сучасні та викопні осадкоутворення мають широке розповсюдження на нашій планеті. Вони покривають майже на 80 % материки і майже на 100% дно морів та океанів. Потужність осадочної оболонки коливається від декількох см до 15-20 км, але порівняно з розмірами Землі вона дуже незначна.

За даними Ю.А. Жемчужникова, А.В. Заварицького та інших літологію слід визнати як геологічну науку, що вивчає осадочні породи і їх асоціації разом із приуроченими до них корисними копалинами. В літології виділяють три розділи: 1) петрографія осадочних порід; 2) методи дослідження цих порід – основний з них – це – безпосереднє вивчення їх у полі, доповнений комплексними лабораторними дослідженнями та аналізами; 3) загальна літологія – включає питання осадконакопичення та породоутворення, закономірності осадочного процесу, вчення про фації, формації, де фації – це генетичні комплекси древніх осадків, а формації парагенетичні комплекси фацій.

Вивчення осадочних порід почалось у XVIII ст. Велика роль у дослідженні осадочних порід і становленню науки петрографії належить В.М.Ломоносову. Він одним із перших пояснив походження нафти, кам’яного вугілля, інших порід у своїй роботі “Учение о слоях земных” – 1763 р.

На заході спеціальні дослідження про осадочні породи появились також на початку XVIII ст.

У 1718 р. Реомюр опублікував результати дослідження мінерального складу деяких річкових пісків Франції у зв’язку із золотоносністю. Пізніше в Західній Європі поширились ідеї уніформістів та нептуністів (Дж. Геттон – Англія – 1797-1875 рр., А.Г. Вернер – 1750-1817 рр.). А ще пізніше вони були розвинуті Ч. Ляйелем, який обґрунтував принцип актуалізму, відповідно до якого в минулому діяли ті ж геологічні процеси, що і тепер. Він написав: “Ріки й скелі, моря й континенти мінялись у всіх своїх частинах. Але закони, які управляли цими змінами, незмінно залишились тими ж самими”.

Значення принципу актуалізму надзвичайно велике для вивчення осадочних порід, так як дає можливість характеризувати генезис цих порід на базі спостережень за формуванням сучасних осадків. Для першої половини ХІХ ст. характерний розвиток промисловості, і раніше всіх промисловий переворот охопив Англію, тому невипадково осадочні породи почали детально вивчатись в Англії. Тут публікуються класичні роботи Х. Сорбі (1879 – 1880 рр.) про карбонатні та уламкові породи кам’яновугільного періоду, при вивченні яких він застосував мікроскоп.

У середині ХІХ ст. у зв’язку із застосуванням поляризаційного мікроскопа міняється методика вивчення осадочних порід. Розробляються основи гранулометричного аналізу, вдосконалюються методи вивчення мінералів за їх, питомою вагою, магнітними властивостями та ін.

Удосконалення методики вивчення осадочних порід дозволило зробити перші літолого-фаціальні дослідження, скласти перші палеогеографічні карти.

У зв’язку з великим інтересом до сучасних морських осадків у 1872 р. була організована експедиція на судні “Челенджер”. Зібрані зразки порід цим судном довгий час були єдиними по морських відкладах.

У Росії академіки Карпінський А.П., Андрусів М.А. та ін. в кінці ХІХ ст. присвятили цілий ряд робіт проблемам літології. Зокрема, А. Карпінський на прикладі Руської платформи вияснив зв’язок між контурами древніх морів і тектонічними рухами минулого. Він указав на необхідність вивчення осадочних порід в історичному розвитку, у зв’язку з іншими геологічними процесами.

У кінці ХІХ ст. накопичився значний матеріал по осадочних породах, що зробило можливим виділити петрографію осадочних порід, як самостійну науку.

Перша половина ХХ ст. характеризується дослідженнями французького дослідника Л. Кайє, якого можна вважати основоположником осадочної петрографії. У 1916 р. він опублікував “Петрографічне вивчення осадочних порід”, яке було дуже цінним посібником при вивченні древніх відкладів. Пізніше він опублікував опис кремнистих та карбонатних порід Франції (1935 р.).

У Росії у цей період А.Д. Архангельський успішно використав літолого-порівняльний метод при вивченні верхньокрейдяних порід європейської частини Росії.

Вивчення басейну Чорного моря й застосування цього методу наштовхнуло А.А. Архангельського на думку про велике значення сірководневого зараження при утворенні нафтоносних товщ.

Потужну базу для розвитку нафтової геології заклали роботи І.М. Губкіна (1871-1939 рр.) “Учение о нефти”.

Вони дали можливість на основі аналізу тектонічних та фаціальних умов прогнозувати розміщення нових нафтоносних районів.

Вагомим етапом формування літології була публікація монографії У.Х. Твенгофелла: “Учение об образовании осадков”. Ця книга привернула увагу геологів до осадочних порід і показала великі можливості, що відкриваються перед дослідниками.

Глибокий слід у вивченні осадочних порід залишив академік В.І. Вернадський (1863-1945р.р.), який розробив основні положення геохімії. Майже 20 років він присвятив вивченню хімічного складу організмів і їх ролі в міграції елементів. Він створив нову науку – біогеохімію.

Учень В.І. Вернадського – А.Є. Ферсман (1983-1945 рр.) детально охарактеризував фізико-хімічні фактори осадкоутворення. Другий том “Геохімії” А. Ферсмана присвячений геохімічним процесам, що відбуваються в осадочній оболонці.

У ці ж роки появляються і перші зведені роботи по мінералогії осадочних порід.

У 1932 р. була видана “Петрографія осадочних порід” О.Н. Заварницького, в 1934 р. – Петрографія осадочних порід” – М.С. Швецова.

У цілому перші два-три роки десятиріччя ХХ ст. характеризуються створенням крупних монографій по петрографії осадочних порід, розробкою нових методів досліджень і появою перших зведених робіт.

Саме цей період і можна вважати часом формування петрографії осадочних порід як самостійної науки.

Велика роль у розвитку літології належить Л.В. Пустовалову. У 1940 р. виходить монографія “Петрографія осадочних порід”, в якій він показує: 1) осадочні породи, як мінеральні асоціації, які тісно зв’язані між собою; 2) осадочні породи розміщаються закономірно і між різними типами цих порід існують генетичні та історичні зв’язки; 3) основою закономірного поширення осадочних порід є механічна та хімічна диференціація; 4) контролююча роль у процесі осадкоутворення належить тектогенезу, що зумовлює, зокрема, періодичність осадкоутворення. Ця робота була удостоєна Державної премії.

У 1949 р. Ф. Петтіджон опублікував наукову працю “Осадочні породи”, перевидану в 1957 р. Ця робота найшла широку популярність завдяки чіткому опису осадочних порід і їх процесів формування.

У 1921 р. Д.В.Налівкін почав читати у Ленінградському гірничому інституті “Вчення про фації”, а в 1933 р. опублікував його. Своїми роботами Д. Налівкін розвинув методи фаціального аналізу.

У 40-х роках В.І.Попов і М.С. Шатський дали перші визначення формацій. За М. Шатським, формація – це комплекси порід, які парагенетично тісно зв’язані один з одним. Пізніше суть формації була сформульована В.В. Білоусовим, який відмітив, що кожна осадочна формація відповідає певній геотектонічній області.

Таким чином у 50-60 роках ХХ ст. в науці про осадочні породи утворився ряд напрямків. Це петрографічний напрям, що характеризується вивченням петрографічного складу порід (роботи Ю.А. Жемчужникова по петрографії вугілля, М.Ф. Викулової – по петрографії глин, Г.І. Теодоровича, В.Б. Татарського та ін. по петрографії карбонатних порід, Є.Е. Разумовської, Л.О. Іванова – по солях, І.І. Гінзбурга, В.П. Петрова – по корах вивітрювання).

Літолого-фаціальний напрям із реконструкцією палеогеографічної обстановки з комплексом карт розвивався Н.С. Шатським, В.І. Поповим, Н.Б. Вассоєвичем, В.Є. Хаїним та ін. Тісно з цим напрямом ішов розвиток формаційного аналізу.

Існує напрям, що вивчає морфологічні, текстурні і структурні особливості порід. Це роботи: М.Ф. Викулової, А.В. Хабаніна, Ю.А. Жемчужникова та ін.

Геохімічний напрям виділяє геохімічні фації і характеризує енергетику осадконакопичення (Л.В. Пустовалов, Г.І. Теодорович, А.Є. Ферсман, В.І. Лебедєв та ін.).

Досягнення у вивченні речовинного складу осадочних порід супроводжувалось методами термічного, електронно-мінероскопічного, рентгеноскопічного та іншими методами.

Після виходу у світ роботи Л.В. Рухіна “Основи літології” появились вагомі дослідження, що стосуються різних типів порід, зокрема, вулканогенних.

Продовжується вивчення процесів епігенезу та метаморфізму осадочних порід (Прошляков Б.К., Кузнецов В.Г., Логвиненко М.В., Страхов М. та ін.).

Успіхи літології тісно пов’язані з вивченням геології нафти й газу та вугілля. Крім літологічного вивчення нафтоматеринських порід і колекторів, все більша роль підводиться тектонічному фактору. Установлено, що тектонічні рухи контролюють формування нафтогазоносних басейнів, визначають положення структур, служать вмістилищем нафти й газу.

Вивчення літології тісно пов’язане з цілим рядом геологічних наук. ЇЇ пізнання, неможливе без стратиграфії, яка вивчає історичну послідовність формування осадочних порід. Літологія, споріднена із загальною геологією, що вивчає рухи земної кори. Зв’язана літологія і з геологією моря, океанографією, гідрологією, екологією, палеоекологією, із кліматологією, фізичною географією, ґрунтознавством, від якого черпає знання про процеси вивітрювання й перетворення материнських порід. Дуже тісний зв’язок літології з мінералогією, а через неї з фізичною та колоїдною хімією.

Знання літології, вміле використання літолого-фаціального аналізу допомагає забезпечити найбільш ефективне вирішення задач пошуків нафти й газу, вибирати раціональну систему розробки родовищ вуглеводнів, правильно визначати вихідні дані для підрахунку запасів флюїдів.

Осадочні породи - це цінні корисні копалини. Вугілля, нафта, газ, руди алюмінію, заліза, марганцю, рідкісних кольорових та благородних металів (розсипи), гіпс, ангідрит, кам’яна сіль, калійна сіль, фосфорити, цементні мергелі, крейда, вапняки, піски, пісковики, глини та ін.

Осадочні породи є фундаментом, на якому будуються різні інженерні споруди: заводи, фабрики, мости, дороги та ін. Багато осадочних порід використовуються як будівельні матеріали, в них уміщається величезна кількість підземних вод. На осадочних породах формується ґрунт, властивості якого і склад залежать від речовинного складу осадочних порід.

Розробка родовищ корисних копалин, видобуток та збагачення викопної сировини часто супроводжуються забрудненням навколишнього середовища: водойм, атмосфери та земної поверхні. Щорічно мільйони та мільярди отруйних та шкідливих речовин викидається в атмосферу, ріки, морські води, відкладається на родючих землях. Такі забруднення призводять до масової загибелі тварин, рослин, зміни клімату, що в кінці, кінців впливає на здоров’я людей. У Конституції України прийнято цілий ряд законів, направлених на захист природи, раціональне використання природних багатств, охорону здоров’я людини.

 

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

 

1  Розкажіть історію розвитку літології.

2  Дайте визначення осадочної гірської породи.

3  Розкажіть про поширення й товщину осадочних порід.

4  Які основні завдання, поставлені перед літологією?

5  Наукове й практичне значення літології.

 

 

ЛЕКЦІЯ №2

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
ПРО ОСАДОЧНІ ГІРСЬКІ ПОРОДИ

 

 

1 Осадочні породи – це гірські породи, що утворилися у результаті різноманітних геологічних процесів, що відбуваються на поверхні Землі, в самих верхніх шарах літосфери, на дні морських та океанічних водойм, а також в озерах, ріках, болотах, і в результаті життєдіяльності організмів.

За Л. Рухіним – осадочні породи – це геологічні тіла, що виникають на поверхні Землі, в верхніх шарах літосфери, дещо глибше, шляхом перетворення відкладів, що утворилися в процесі вивітрювання, життєдіяльності організмів, інколи за рахунок матеріалу вулканічного походження.

 

2 Об’єм, маса, поширення.

Осадочні породи мають широке розповсюдження на планеті Земля. Разом із сучасними осадками, що вистилають дно Світового океану і водних басейнів суші, вони утворюють осадочну оболонку або стратисферу Землі.

Стратисфера – термін умовний, так як крім шаруватих порід у будові оболонки присутні вулканічні породи, представлені трапами на платформах (загальна назва для базальтів, долеритів, діабазів, габро-діабазів, розвинутих на платформах, які мають специфічний характер окремості у вигляді сходинок). Розрізняють кальцитовий, кварцовий, склоподібний вид трапів, перешарованих базальтами, андезитами на платформах, дацитами та ріолітами в геосинкліналях.

Осадочна оболонка покриває 80% суші, тобто із
149 млн. км материків та островів осадочний чохол покриває 119 млн. км.

Потужність осадочної оболонки Землі міняється в широких межах: від 0 до 15-20 км і більше з максимумами в геосинклінальних областях та в крайових прогинах. Середня потужність осадочної оболонки 2,2 км (735 м за Л. Рухіним).

Загальний об’єм осадочних порід за Кларком 3,7х10 км (1924 р.). За Кюненом 13х10 км, із них 8х10 осадочних порід утворилися в процесі вивітрювання кристалічних порід, решта – за рахунок переробки більш древніх осадочних порід.

У цілому в розподілі осадочної оболонки спостерігається різка диспропорція:

83% осадочних порід розміщені на 42 % континентів разом із шельфом.

17% осадочних порід розміщені на 58 % ложе океану.