Литология

Литологическая категория QEMSCAN, которая сортирует буровой шлам по классам сходных минеральных ассоциаций и текстурных признаков

Литоло́гия (от др.-греч. λίθος — камень, др.-греч. λόγος — слово) — геологическая наука об осадочных горных породах, их минеральном составе, строении, происхождении. За рубежом (Западная Европа, США) литология называется седиментологией. Объектом литологии являются осадочные горные породы в широком понимании — экзолиты, включающие, помимо собственно осадочных образований, вторичные экзогенные горные породы, образующиеся при выветривании (каолины, возникшие в процессе выветривания гранитов) или внутри осадочных толщ на стадиях диа-, ката-, метагенеза (неседиментационные доломиты, сидериты, кремни).

История

Первый этап развития

Уже в древности и в средневековье использование осадочных пород в количественном и материальном аспектах значительно превышало применение продуктов эндогенных процессов, включая гидротермальные. Несмотря на это, внимание зачастую сосредотачивалось на «благородных» металлах — золоте, серебре, меди и железе. В Библии слово «золото» встречается 415 раз. Первые мелкие самородки золота обнаружены примерно 6000 лет назад в россыпях Аравийской пустыни, что также указывает на осадочные образования. На протяжении многих столетий россыпные месторождения оставались основными источниками этого металла. Одним из первых специальных исследований осадочных пород стало исследование золотоносных россыпей, выполненное Рене Реомюром в 1718 году. Позже, осадочные полезные ископаемые стали ведущими в развитии новых производств: в России первые чугунолитейные заводы начали свою работу на осадочных рудах Тульской губернии в 1639 и 1656 годах.

XVIII — XIX века

Появление и развитие литологии непосредственно связано с эволюцией других геологических дисциплин. XVIII и XIX века стали временем накопления значительного фактического материала для литологии.

К середине XIX века уже собрана обширная информация о составе, свойствах и происхождении осадочных горных пород. В своей работе «Основы геологии» Чарлз Лайель не только классифицировал осадочные породы на песчаные, глинистые, известковые и другие, но и объяснил их происхождение. Во второй половине XIX века литология, как и другие области геологии, начала развиваться стремительнее благодаря новым методам, включая использование поляризационного микроскопа и механического анализа (гранулометрия). Важные данные о составе и распределении океанических осадков получены экспедицией «Челленджер» (1872—1876 годы), которая изучила глубоководную красную глину и другие осадки. Николай Андрусов в 1890 году провёл исследование осадконакопления в Чёрном море. В это же время немецкий учёный Иоганнес Вальтер (1893 — 1894 годы) заложил основы сравнительной литологии, сопоставляя современные осадки с древними. С именами Вальтера, Николая Головкинского и Александра Иностранцева связан «закон согласования фаций». В 1890-х годах XIX века Алексей Павлов обобщил данные о генетических типах осадочных образований на континенте, а также появились важные публикации, такие как учебник Фердинанда Циркеля (1894 год) и монография Люсьена Кайе (1897 год).

Второй этап развития

Второй этап изучения литологии начался после Первой мировой войны, когда значительно возрос интерес к осадочным породам и организовано их систематическое исследование. Создавались специальные комитеты и курсы в вузах, что совпало с развитием технологий, таких как танки и авиация, ознаменовавших переход к «войне моторов», где ведущей рудой стала нефть, обеспечивающая бурное развитие исследований осадочных пород.

Третий этап развития

Третий этап развития литологии обозначает её становление как независимой науки и имеет тесную связь с историческим контекстом России в период с 1917 по 1991 годы. Время индустриализации страны предопределило стремительное накопление новых данных, а также стало толчком для внедрения современных методов как полевых, так и лабораторных исследований, основанных на последних достижениях науки и техники. Среди основоположников литологии можно выделить Андрея Архангельского и Александра Карпинского, которые исследовали связь осадкообразования и тектонических процессов. Александр Карпинский также являлся инициатором палеогеографии как науки. Основы учения о нефти разработали Михаил Залесский и Иван Губкин, Владимир Вернадский и Александр Ферсман сделали первые шаги в теории образования отдельных осадочных пород. С 1930-х годов началось активное использование иммерсионного метода для определения минералов. В это время также прогрессировали методы химического и рентгеноструктурного анализа, а также развивались электронная микроскопия и микрорентгеноспектроскопия. В числе выдающихся советских геологов, существенно повлиявших на литологию, стоит отметить Семёна Малявкина, Виктора Батурина и Михаила Швецова.

XXI век

В литологии отчётливо обособились два её важнейших раздела: учение о седиментогенезе, то есть о процессах и условиях современного и древнего осадконакопления; учение о закономерностях превращения осадков в породы и изменений последних внутри стратисферы (или учение о постседиментационном литогенезе). Первое развивается с существенным опережением вследствие лавинообразного притока фактических наблюдений. Второе отстаёт, так как обстановки литогенеза, в противоположность седиментогенным, прямому наблюдению не доступны (по причине своей глубинности и длительности).

Цель и задачи

Цель литологии, как геологической науки — разработка теоретических основ поисков и разведки месторождений осадочных полезных ископаемых (твёрдых, жидких, газообразных). Задачи литологии:

• изучение состава и строения осадочных пород и осадков;
• реконструкция условий образования осадков и осадочных пород;
• установление закономерностей распространения осадочных толщ в конкретных разрезах и земной коре;
• изучение эволюции осадочного процесса в истории Земли;
• генетический (фациальный) анализ осадочных пород, их естественных парагенетических сочетаний — осадочных формаций, палеогеографической обстановки их накопления;
• разработка теории литогенеза. Советский учёный Николай Страхов разработал учение о пяти основных типах литогенеза: ледовом, гумидном, аридном, вулканогенно-осадочном и океанском, и их эволюции в истории Земли;
• изучение кор выветривания, условий образования и закономерностей размещения в них полезных ископаемых;
• изучение современных осадков и условий их образования на суше и на морском дне, в том числе путём глубоководного бурения;
• изучение древних (докембрийских) глубоко метаморфизованных осадочных пород, которые сохраняют некоторые первично-осадочные черты и их выявление позволяет восстановить условия древнего осадконакопления, установить закономерности развития земной коры в докембрии и связанного с ними рудообразования;
• выявление вторичных изменений осадочных пород при погружении их в более глубокие горизонты литосферы с помощью стадиального анализа — для нефтяной геологии;
• выяснение роли вулканогенно-осадочного литогенеза в общем породообразовании для вулканогенно-осадочных пород, распространённых главным образом в геосинклинальных областях.

В составе литологии можно выделить несколько основных направлений (или разделов):

• теория седиментогенеза;
• теория литогенеза;
• петрография осадочных пород;
• методы исследования осадочных пород и слагающих их минералов;
• методики изучения осадочных толщ.

Разделы

В начале XX века литология обособилась от общей петрографии и является одной из молодых наук. В ней выделяются три раздела: петрография осадочных пород, методы исследования осадочных пород, общая литология. Первый и второй разделы базируются на детальном изучении вещественного состава осадочных пород. Третий раздел — общая литология рассматривает фации, то есть генетические типы древних осадков.

Методы исследования

Обнаружение вторичных изменений в осадочных породах при их углублении в более глубокие слои литосферы с помощью стадиального анализа является одной из ключевых задач литологии, особенно в контексте нефтяной геологии. В 1960—1970-х годах XX века началось активное исследование литологии вулканогенно-осадочных пород, характерных для геосинклинальных зон. Определение вклада вулканогенно-осадочного литогенеза в общую процесс породообразования — одна из важнейших задач литологии.

Методы исследования в литологии разнообразны и включают полевые и лабораторные работы. Полевые исследования характерны детальным анализом состава осадочных пород, а лабораторные включают химические и микроскопические методы. Для определения минерального состава применяются иммерсионный метод и гранулометрический анализ. Рентгеноструктурный анализ помогает изучать узкодисперсные породы, а термический анализ — поведение минералов при нагревании. В 1960—1970-х годах из литологии выделились новые научные дисциплины: геохимия осадочных пород и руд, а также органическая геохимия.

Связь с другими наукам

Литология тесно связана с другими науками геологического цикла:

• стратиграфией;
• палеонтологией;
• петрографией;
• кристаллографией;
• минералогией;
• исторической геологией;
• учением о нефти;
• геохимией и другие.

В последние годы от литологии отделилась и получила быстрое развитие наука «седиментология». Она изучает обстановки современного осадконакопления в самых разнообразных физико-географических условиях.

Классификация осадочных пород

Осадочные горные породы — тип горных пород, образовавшихся в результате осаждения минералов в водной среде, реже в атмосфере, в морских или континентальных осадочных бассейнах. В более широком понимании к осадочным породам также могут быть отнесены формирования, которые не являются результатом осадочного процесса. К ним относятся породы коры выветривания, такие как бокситы и глины, образовавшиеся в ходе гипергенеза; продукты процессов диагенеза и замещения, включая конкреционные и метасоматические доломиты; а также биогенные и рифовые известняки, среди прочих.

Осадочный материал может быть продуктом механического разрушения или накопления химического и биогенного материала. В соответствии с происхождением материала осадочные породы принято подразделять на обломочные, химические, биогенные и смешанные — биохимические и глинистые (обломочнохимические).