Карбонатные породы

В группу rарбонатных пород входят известняки, мергели и доломиты. Общепризнанной классификации карбонатных пород еще не выработано. Например, известняки и доломиты часто подразделяются таким образом, что к каждой из этих групп относят породы, сложенные более чем на 50% кальцитом или доломитом. По мнению автора, целесообразней выделять группу смешанных пород — доломито-известняков, в которых содержание каждого из обоих породообразующих минералов изменяется в пределах 40—60%. Известняками же или доломитами следует называть породы, сложенные более чем на 60% кальцитом или доломитом (см. фиг. 8—II).
О принадлежности пород к той или иной разновидности ряда известняк — доломит можно судить по количеству в них MgO. В чистых известняках, сложенных кальцитом более чем на 95%, содержание MgO не превосходит 1,1%. В доломитовых известняках MgO изменяется от 1,1 до 8,8%, в доломито-известняках — от 8,8 до 13,1%, в известковых доломитах — от 13,1 до 20,8% и, наконец, в чистых доломитах от 20,8 до 21,9%. Во всех перечисленных породах содержание глинистых (или обломочных) частиц не превосходит 5%. Однако часто глинистые и песчаные частицы содержатся в гораздо большем количестве. Тогда возникают трехкомпонентные смешанные породы, свойства которых определяются в первую очередь, содержанием глинистых и песчаных частиц и во вторую — количеством доломита. Поэтому общий облик классификационного треугольника отличается от того, который был предложен для классификации песчано-алеврито-глинистых пород (см. фиг. 7 — II).
Карбонатные породы, содержащие примесь глинистых частиц, называются мергелями.
Некоторые доломиты содержат значительную примесь гипса и ангидрита. Такие породы обычно называются сульфатно-доломитовыми. Наблю-даются также переходы между карбонатными и кремнистыми породами.

Карбонатные породы Минеральный и химический состав

Главными минералами, слагающими карбонатные породы, являются: кальцит, кристаллизирующийся в гексагональной сингонии, арагонит — ромбическая разновидность СаСОз, и доломит, представляющий собой двойную углекислую соль кальция и магния. В современных осадках встречаются также порошковатые и коллоидные разновидности кальцита (дрюит или надсонит, бючлиит и др.).
Определение минералогического и химического состава карбонатных пород производится в прозрачных шлифах, а также при помощи термиче-ского и химического анализов.
В полевых условиях наиболее простым способом определения доло- митов и известняков является реакция с разбавленной соляной кислотой,- При смачивании ею чистого или доломитистого известняка происходит бурное вскипание от выделяющейся углекислоты. Доломиты вскипают только в порошке.
Другим полевым способом определения этих пород является реакция с хлорным железом. Согласно Г. И.'Теодоровичу, около 1 г истертой в порошок породы насыпают в пробирку с 5 см³10% -ного раствора FeCl₃, после чего пробирку закрывают пальцем и взбалтывают. Если для испыта-ния был взят чистый известняк, то при этом происходит обильное выделение- СОг и образуется студенистый коричневато-красный осадок. Порошок чистого доломита не окрашивается, и раствор после оседания порошка сохраняет первоначальный цвет. Если доломит содержит примесь СаСОз, то наблюдается выделение пузырьков СОг, и первоначальный желтый цвет раствора изменяется на красный. В таком случае, когда испытуемая порода принадлежит доломитовому известняку, выделение CO₂ бывает значительным, цвет раствора становится красным, но устойчивого студнеобразного осадка не создается.
Для оценки содержания доломита пригоден также следующий способ. Около 0,1 з измельченной в порошок породы растворяют при слабом нагревании в пробирке с разбавленной соляной кислотой (1 : 10). К полученному раствору приливают 10.см3 крепкого аммиака и взбалтывают. При этом выпадает белый осадок, по количеству которого можно судить о содержании MgO. Для количественного определения карбонатности пород в полевых условиях удобна полевая лаборатория системы А. А. Резникова и Е. П. Муликовской, дающая возможность находить содержание углекислоты, а также карбоната кальция и магния.

Таблица 1. Химический состав карбонатных пород

	1 .	2	3	4	. 5	6	7	8	9	10
Нерастворимый остаток	—	5,19	—	2,40	—	—	—	—	1,26	1,95
SiO2	—	0,06	1,24	—	0,61	0,7	--	0,70	—	—
TiO2	—	0,81	—	—	—		—	—	—	—
Аl2O3	—	0,54	0,65	—	—	0,2	—	0,29
Fe2O3	—		0,34	—	—	0,1	—	0,30	0,40	0,43
FeO	—		—	—	—	—	—	0,41	—	—
MnO	—	0,05	—	—	—	—	--	Сл.	—	—
MgO	—	7,90	1,74	0,29	2,69	0,2	21,7	21,06	14,30	11,43
CaO	56,00	42,61	53,48	52,49	48,45	55,5	30,4	30,34	38,46	40,03
Na2O	—	0,05	—	—	—	—	—		—	—
K2O	—	0,33	--	—	—	--	—	0,34	—	--
H2O +	—	0,21	—	—	0,28	—	—	0,03	—	—г.
H2O -	—	0,56
П. n. n.	--	—	—	—	—	--	—	—	—	46,10
CO2	44,00	41,58	—		42,01	—	47,9	46,81	45,60	—
P2O5	—	0,04	—	—	—	—	--	—	—	—
S		0,09
SO3	—	0,05	—	—	—	—	—	0,17	—	0,32
Cl	—	0,02	—	—	—	—	--	—	—	—
Сумма ......	100,00	100,09	—	—	—	99,3	100,0	100,45	100,02	99,51
CaCO3	—	56,6	92,4	92,92	79,82	98,8	100,0	0,90	33,58	42,35
CaMg (CO3)2	—	36,4	8,0	1,31	12,29	0,9	—	97,57	64,60	52,57

С. В. Тихомировым описан следующий простой способ определения доломита и кальцита в шлифах: к обычным фиолетовым (метилфиолетовым) чернилам прибавляют некоторое количество 5%-ной соляной, кислоты до появления синей окраски; поверхность открытого шлифа обильно покрывают чернилами, а после 1V2—2 минут осторожно удаляют их промокательной бумагой; за это время кальцит реагирует с соляной кислотой и окрашивается, доломит же остается неокрашенным, Подобным образом удается наблюдать даже мелкие зерна доломита среди частиц кальцита. Чернила с поверхности шлифа могут быть удалены водой с мылом.
Другие способы определения карбонатных пород описаны в третьей части книги (см. § 70).
Химический состав некоторых карбонатных пород приведен в табл 1.

Главные типы пород

Известняки

Известняки. Известняки представляют собой карбонатные породы, состоящие преимущественно из кальцита. Окраска известняков разнообразна и определяется, в первую очередь, характером примесей. Чистые известняки окрашены в белый, желтоватый, серый, темно-серый, а иногда и черный цвета. Интенсивность серого тона в их окраске обычно связана с небольшой примесью глинистых частиц или органического вещества. Зеленоватый цвет известняков обычно связан с наличием глинистого материала,, примесью глауконита или весьма мелкодисперсных закисных соединений железа. Бурая или красноватая окраска известняков объясняется присутствием окисных соединений железа. Крупнозернистые известняки обычно окрашены в более светлые тона по сравнению с мелкозернистыми.
Важной особенностью известняков является их излом, характер которого определяется строением породы. Очень мелкозернистые известковые породы при слабой связности зерен (например, мел) обладают землистым изломом. Крупнокристаллические известняки обладают сверкающим изломом, мелкозернистые породы — сахаровидным изломом и т. д.
В виде примесей в известняках особенно часто встречаются карбонат магния, который образует с карбонатом кальция двойную соль — доломит, или, значительно реже, находится в твердом растворе с ним, а также глинистые минералы (значительное содержание которых характерно для мергелей), кремнекислота, глауконит, сульфиды, сидерит, окислы железа, иногда марганца, гипс, флюорит, а также органическое вещество.
Во многих известняковых толщах и их отдельных стратиграфических горизонтах присутствуют конкреции кремня.
В некоторых известняках наблюдается примесь фосфатов и свободного глинозема. Выявление этих примесей очень важно для поисков месторождений бокситов и фосфоритов.
Для известняков можно выделить следующие главные типы структур.
Кристаллическая зернистая структура, среди которой различают несколько разновидностей в зависимости от поперечников зерен: крупно-зернистую (размер зерен в поперечнике 0,5 мм), среднезернистую (от 0,50 до 0,10 мм), мелкозернистую (от 0,10 до 0,05 мм), тонкозернистую (от 0,05 до 0,01 мм) и микрозернистую (<0,01 мм) структуры. Последнюю структуру часто называют также пелитоморфной или скрытокристаллической.

Органогенная структура, в которой выделяют три наиболее существенные разновидности: а) собственно органогенная, когда порода состоит из известковых органических остатков (без признаков их переноса), 
вкрапленных в тонкозернистый карбонатный материал (фиг. 1 — IV а); б) органогенно-обломочная, когда в породе присутствуют раздробленные и частично окатанные о.рганические остатки, находящиеся среди тонко-зернистого карбонатного материала; в) дётритусовые, когда порода сложена только раздробленными' органическйми остатками без заметного количества тонкозернистых карбонатных частиц.
Обломочная структура наблюдается в известняках, образованных путем скопления' обломков, возникающих за счет разрушения более древних карбонатных пород (фиг. 1—VI б). Здесь, так же как и в некоторых органических известняках, кроме обломков, отчетливо видна известковая цементация массы.
Оолитовая структура, характеризующаяся наличием концентрически сложенных оолитов, обычно менее одного миллиметра в поперечнике. В центре оолитов часто присутствуют обломочные зерна. Иногда оолиты приобретают радиально-лучистое строение (фиг. 1—VI в).
Наблюдается также инкрустационная и крустификационная структуры. В первом случае характерно наличие корок концентрического строения, заполняющих прежние крупные пустоты (фиг. 1—VI г). Во втором случае наблюдаются нарастания удлиненных кристаллов карбонатов, радиально расположенных относительно обломков или органических остатков, слагающих породу.
В процессе окаменения многие известняки подвергаются существенным изменениям. Эти изменения выражаются, в частности, в. перекристаллизации, окаменении, доломитизации, ожелезнении и частичном растворении с образованием стилолитов. Во время этих изменений возникают типично вторичные структуры: например, большинство кристаллических структур, инкрустационная структура, а также ложнообломочная структура, образующаяся в связи с неравномерной перекристаллизацией или появлением серии трещинок, заполненных вторичным кальцитом. Для доломитизированных известняков свойственна порфиробластовая структура. Вторичные изменения структуры в известняках из-за частого их растворения и перекристаллизации затрудняют определение условий образования многих известняков.

Среди известняков четко выделяются несколько типов.

Главные из них следующие.

Органогенные известняки. Это одна из наиболее- широко распространенных разновидностей известняков. Они сложены раковинами бентонных простейших, брахиопод, различных типов моллюсков, остатками криноидей, известковых водорослей, кораллов и других донных организмов. Значительно реже известняки возникают да счет скопления раковинок планктонных форм.
Большая часть органогенных известняков образуется за счет накопления почти неперемещенных органических остатков. Однако в некоторых случаях органические остатки встречаются лишь в виде окатанных обломков, хорошо рассортированных по величине. Такие известняки-ракушняки, обладающие органогенно-обломочной структурой, являются уже переходными к обломочным известнякам.
Типичными представителями органогенных известняков являются рифовые (биогермные) известняки, состоящие в значительной части из остатков различных рифообразующих организмов и живущих в сообществе с ними других форм. Так, например, современные коралловые рифы сложены преимущественно остатками известковых водорослей (25— 50%)„ кораллами (10—35%), раковинами моллюсков (10—20%), форами- ниферами (5—15%) и т. д. Широко распространены известковые водоросли и среди более древних рифов. В частности, докембрийские рифы целиком состоят из остатков этих организмов. Более молодые рифы, помимо водорослей, слагались кораллами, мшанками, археоциатами и некоторыми другими типами организмов. Небольшие водорослевые желваки называют онкоидами.
Характерной особенностью рифовых известняков является их залегание, как правило в виде мощных и неправильных по форме, массивов, часто резко возвышающихся над образовавшимися одновременно с ними осадками. Слои последних прислоняются к рифам под углами до 30—50° и перемежаются у подножий с обломочными известняками, образованными за счет разрушения рифов. Мощность рифов достигает иногда 500—1000 at и более (см. § 87).
Особенностями рифовых известняков, позволяющими определять их происхождение, являются отсутствие в них примеси обломочных частиц, массивное строение и обилие каверн, заполненных сингенетичными и эИи- генетичными карбонатами. Очень типичны для них инкрустационные структуры.
Высокая пористость рифовых известняков способствует быстрой их доломитизации, в значительной мере уничтожающей органогенную структуру породы.
Рифообразные тела со слоистым строением называют биостромами. Они не имеют столь резко выраженной чечевицеобразной формы и могут быть сложены скоплением раковин. Современными их представителями являются банки (устричные и др.). Биостромы, так же как и типичные рифовые известняки, легко подвергаются доломитизации, в течение которой органические остатки в них могут быть в той или иной мере разрушены.
Писчий мел. Одним из весьма своеобразных представителей известковых пород является писчий мел, резко выделяющийся по своему внешнему виду от других разновидностей.
Писчий мел характеризуется белым цветом, однородностью строения, малой твердостью и мелкозернистостью. Сложен главным образом карбо-натом кальция (доломит отсутствует) при незначительной примеси глинистых и песчаных частиц. Значительная роль в образовании мела принадлежит органическим остаткам. Среди них особенно широко распространены остатки кокколитофорид — одноклеточных известковых водорослей, слагающих мел и мелоподобные мергели на 10—75%, в виде мелких (0,002—0,005 мм) пластинок, дисков и трубочек. Фораминиферы содержатся в мелу обычно в количестве 5—6% (иногда до 40%). Встречаются также раковины моллюсков (главным образом иноцерамов, реже — устриц и пектинид) и немногочисленные белемниты, а местами также раковины аммонитов. Остатки мшанок, морских лилий, ежей, кораллов и трубчатых червей, хотя и наблюдаются, но не служат породообразующими элементами мела.
Порошковатый кальцит, всегда присутствующий в мелу, образуется, вероятно, путем химического осаждения извести и частично при разрушении органических остатков. Содержание порошковатого кальцита в различных разновидностях мела бывает от 5 до 60%, иногда достигает 90%. Размер частиц непостоянен (0,0005—0,010 лип). Форма их более или менее округлая, иногда слегка удлиненная.
Некарбонатная часть мела представлена главным образом частицами меньше 0,01 мм. Она сложена преимущественно кварцем. Среди глинистых минералов встречаются монтмориллонит, реже — каолинит и гидрослюды.

 Из числа сингенетических минералов присутствует опал, глауконит, халцедон, цеолиты, пирит, барит, гидроокислы железа и другие минералы.

Применяя пропитывание образцов мела трансформаторным маслом (см. § 73), Г. И. Бушинскому удалось выделить в писчем мелу ходы разнообразных илоядных организмов и горизонты с брекчиевидной струк-турой, возникшей при растрескивании известкового ила в процессе его уплотнения. Подобные трещины часто возникают под водой в коллоидных осадках, особенно при их сотрясении.
Писчий мел отлагается на дне морей с нормальной соленостью, расположенных в условиях теплого климата. Глубины моря в пределах зоны накопления были, по-видимому, весьма различными — от нескольких десятков до многих сотен метров.
В геосинклинальных областях отложения, 'соответствующие мелу, сцементированы и превращены в известняки. Вероятно, что многие из распространенных здесь скрытокристаллических известняков в иных условиях окаменения представляли бы собой мелоподобные породы. На значительной глубине ниже поверхности земли (в буровых скважинах) мел значительно более плотен, чем на поверхности земли.
Известняки химического происхождения. Этот тип известняков условно отделяется от других типов, так как в боль-шинстве известняков всегда присутствует в том или ином количестве кальцит, выпавший из воды чисто химическим путем.
Типичные известняки химического происхождения микрозернисты, лишены органических остатков и залегают в виде пластов, а иногда ско-плений конкреций. Часто в них наблюдается система мелких кальцитовых жилок, образующихся при уменьшении объема первоначально коллоидных осадков. Нередко присутствуют жеоды с крупными и хорошо образованными кристаллами кальцита.
Известняки химического происхождения широко распространены, но иногда их трудно отделить, в особенности после перекристаллизации, от мелкозернистых известняков, образовавшихся за счет приноса и отложе-ния мелких частиц, возникших при размыве карбонатных пород.
К числу известняков химического происхождения, вероятно, отно-сятся скрытокристаллические (пелитоморфные) с раковистым изломом разновидности, получившие название литографских. По-видимому, . много кальцита, образовавшегося чисто химическим путем, в писчем мелу, а также во всех органогенных известняках (кроме детритусовых). Особую группу составляют известковые туфы, образовавшиеся на суше за счет выделения извести из воды источников.
Обломочные известняки. Этот вид известняков часто содержит значительную примесь кварцевых зерен и иногда ассоциируется с песчаными породами. Обломочным известнякам нередко свойственна косая слоистость.
Обломочные известняки сложены, как правило, карбонатными зер-нами различного размера, поперечник которых обычно измеряется десятыми долями миллиметра, реже несколькими миллиметрами. Встре-чаются и известняковые конгломераты, состоящие из крупных обломков. Обломочные карбонатные зерна, как правило, хорошо округлены и близки по размеру, хотя известно много плохо сортированного материала.
В шлифах они обычно резко отделяются от окружающего их карбонатного цемента.
Обдомочцые известняки иногда тесно связаны с органогенными породами, возникая при раздроблении и окатывании органических остатков.
Они близки в некоторых случаях и к известнякам химического происхо-ждения. При этом промежуточным типом являются оолитовые известняки, состоящие из мелких концентрически построенных оолитов. Последние образуются за счет химического осаждения карбоната кальция в зоне достаточно подвижных вод. Оолитовые известняки часто косослоисты.
Типичные обломочные известняки формируются почти всегда на малой глубине, особенно часто в периоды замедленного осадконакопле- ния, за счет размыва более древних карбонатных пород.
Вторичные известняки. К этой группе относятся известняки, залегающие в верхней части кепроков соляных куполов, а также известняки, возникающие в процессе преобразования доломитов при их выветривании (раздоломичивание или дедоломитнзация). В последнее время подобные породы были изучены В. Б. Татарским.
Раздоломиченные породы представляют собой средне- или крупнозернистые известняки, плотные, но иногда ноздреватые или кавернозные. Залегают они в виде сплошных масс. В некоторых случаях в них встречаются линзовидные включения мелко- или тонкозернистых доломитов, иногда рыхлых и пачкающих пальцы. Реже они образуют включения и ветвящиеся жилы в толще доломитов.
В шлифе вторичные известняки всегда имеют плотное строение. Контуры зерен кальцита округлые или неправильно извилистые. Значи-тельная часть зерен содержит внутри себя скопления мелких зерен доло-мита или образовавшиеся после их полного растворения пылеватые частицы (темные сердцевинки ромбоэдров доломита). Изредка различаются реликты прежней структуры доломитов. Раздоломичивание резко меняет физические свойства .породы, превращая мелкопористые, хорошо проницаемые доломиты в плотные известняки с крупными, но изолированными кавернами. Раздоломичиванию подвергаются обычно только чистые доломиты.
При выветривании известняки быстро выщелачиваются. Подземные воды, циркулирующие в известняках, приводят к образованию карстовых явлений. При выщелачивании известняков иногда образуются накопления остаточных глин и очень редко — фосфоритов.
Происхождение. Образование известняков происходит в самых разнообразных физико-географических условиях. Пресноводные известняки встречаются сравнительно редко. Они залегают обычно в виде линз среди песчано-глинистых континентальных отложений, лишены органических остатков, характеризуются часто желвакообразным строением, микрозернистостью, наличием мелких трещинок, заполненных кальцитом, присутствием жеод и другими особенностями, связанными с отложением известкового коллоидного материала.
Иногда этими же особенностями характеризуются и известняки, образовавшиеся в солоноватоводных и засоленных бассейнах. Здесь уже встречаются органогенные разновидности, состоящие большей частью из раковин немногочисленных -видов моллюсков или остракод.
Морские известняки встречаются наиболее часто. Они представляют собой или очень мелководные, прибрежные разновидности (обломочные или оолитовые известняки, некоторые ракушняки), или более глубоко-водные отложения, условия образования которых могут быть установлены на основании изучения органических остатков .и литологических особенностей известняков.
Накоплению известняков во всех физико-географических условиях благоприятствует небольшое количество приносимого обломочного 
материала, поэтому известняки образовывались преимущественно в эпохи существования небольших массивов суши с равнинным рельефом. Подобные условия возникали во время крупных трансгрессий.
Другим фактором, способствующим образованию известняков, является теплый климат, так как растворимость карбоната кальция при прочих равных условиях значительно увеличивается по мере понижения температуры воды. Поэтому присутствие толщ известняков служит надежным указанием на наличие в прошлом теплого климата. Однако условия образования известняков в геологическом прошлом несколько отличались от современных из-за большего содержания углекислоты в атмосфере. С течением времени увеличивалось также количество органогенных известняков.
Геологическое распространение. В истории Земли существовали эпохи особенно интенсивного образования известняков и близких к ним пород. Такими эпохами являются верхнемеловая, каменноугольная и силу-рийская. Известняки часто встречаются и в более древних отложениях.
Практическое применение. Известняки представляют собой минеральное сырье массового потребления. Главным образом они используются в металлургической, цементной, химической, стекольной и сахарной отраслях промышленности. Большое количество известняков употребляется в строительстве, а также в сельском хозяйстве.
В металлургии известняки употребляются в качестве флюса, обеспе-чивающего переход в металл полезных компонентов и очистку металла от вредных примесей, переходящих в шлак. В обыкновенных сортах флюсового известняка содержание нерастворимого остатка не должно превосходить 3%, содержание ЭОз — 0,3%, а количество СаО не может быть менее 50%. Флюсовые известняки должны быть механически проч-ными.
Известняки, употребляющиеся в смеси с глиной для производства портланд-цемента, не должны содержать включений гипса, кремня и песчаных частиц. Содержание в них окиси магния должно быть не более 2,5%, а отношение, называемое коэффициентом насыщения, в исходной смеси равно 0,80—0,95, причем количество кремнезема не должно пре-вышать . содеряшние полуторных окислов более чем в 1,7—3,5 раза. Наиболее пригодны рыхлые известняки.

Известняки являются основным сырьем для производства негашеной (воздушной) извести. Наиболее ценны известняки с содержанием MgCOe до 2,5% и глинистых примесей до 2%. Доломитизированные известняки (с содержанием MgO до 17%) дают худшую по качеству известь.
В химической промышленности известняки и продукты их обжига применяются при производстве карбида кальция, соды, едкого натра и других веществ. Для изготовления этих материалов необходимы чистые известняки с малым содержанием примесей.
В стекольной промышленности известняк вводится в шихту для повышения химической стойкости стекла. Обычные сорта стекол содержат до 10% окиси кальция. Употребляемые в стекловарении известняки должны'на 94—97% состоять из СаСОз и содержать не более 0,2— 0,3% БегОз.
В сахарной промышленности известняки, содержащие малое количество примесей, употребляются для очистки свекловичных соков.
Известняки, разрабатываемые как каменный строительный и дорож-ный материал, должны обладать достаточной механической прочностью и устойчивостью против выветривания. Особенно пригодны в качестве бутового камня чистые и окремненные известняки. Примесь глинистых частиц значительно уменьшает механическую прочность известняков и их стойкость против выветривания. Щебень из прочных известняков исполь-зуется при изготовлении бетона и в качестве железнодорожного балласта.
Еще меньше требований предъявляется к известнякам, используемым в сельском хозяйстве для известкования подзолистых почв. Для этой цели может употребляться любой, предпочтительно мягкий, местный известняк.
Мел используется в большом количестве в малярном деле как белый пигмент. В значительном количестве мел употребляется как наполнитель в резиновой, бумажной и некоторых других отраслях промышленности. Часто мел применяется как заменитель извести.

Доломиты

Доломиты представляют собой карбонатные породы, состоящие в основном из минерала доломита. Чистый доломит соответст-вует формуле CaMg (СОз)₂ и содержит 30,4% СаО; 21,8% MgO и 47,8%СОг, или 54,3% СаСОз и 45,7% MgCCb. Весовое соотношение СаО : MgO = = 1,39.
Для доломитов характерно присутствие минералов, выпавших чисто химическим путем во время образования осадка или возникших во время его диагенеза (кальцит, гипс, ангидрит, целестин, флюорит, магнезит, окислы железа, реже — кремнезем в виде опала и халцедон, органическое вещество и пр.). В некоторых случаях наблюдается присутствие псевдоморфоз по кристаллам разнообразных солей.
По внешнему виду многие доломиты очень похожи на известняки, с которыми их сближает цвет и невозможность невооруженным глазом отличить кальцит от доломита в мелкокристаллическом состоянии.
Среди доломитов встречаются совершенно однородные разновидности от микрозернистых (фарфоровидных), иногда пачкающих руки и обладающих раковистым изломом, до мелко- и крупнозернистых разновидностей, сложенных из ромбоэдров доломита примерно одной и той же величины (обычно 0,25—0,05 мм). Выщелоченные разновидности этих пород по своему внешнему виду несколько напоминают песчаники.
Для доломитов иногда типична кавернозность, в частности за счет выщелачивания раковин, пористость (в особенности в естественных обнажениях) и трещиноватость. Некоторые доломиты обладают способ-ностью к самопроизвольному растрескиванию. Хорошо сохранившиеся органические остатки в доломитах встречаются редко. Окрашены доло-миты большей частью в светлые оттенки желтоватого, розоватого, красно-ватого, зеленоватого и других тонов.
Для доломитов характерна кристаллическая зернистая (мозаичная) структура, обычная также для известняков, и разного рода реликтовые структуры, вызванные замещением известковых органических остатков, оолитов или карбонатных обломков во время доломитизации. Наблюдается иногда оолитовая, а также инкрустационная структура в связи с заполнением разнообразных полостей, обычно в рифовых массивах.
Для пород, переходящих от известняков к доломитам, типична порфиробластовая структура, когда на фоне мелкокристаллической кальцитовой массы присутствуют отдельные крупные ромбоэдры доломита.
Ромбоэдры доломита часто ясно зональны. Обычно их внутренняя часть в шлифе кажется темной, так как содержит много включений, а периферическая — свободна от них. Встречаются ромбоэдры с чередующимися зонами разной степени прозрачности или сложенные в центре кальцитом, а с поверхности доломитом.
По происхождению доломиты подразделяются на первично-осадочные, сингенетические, диагенетические и эпигенетические. Три первых, типа часто объединяют под названием первичных доломитов, а эпигенетические доломиты называют также вторичными.
Первично-осадочные доломиты. Эти доломиты возникали в морских заливах и лагунах с водой повышенной солености, за счет непосредственного выпадения доломита из воды. По данным С. Г. Вишнякова и Я. К. Писарчик, эти породы залегают в виде хорошо выдержанных пластов, в пределах которых иногда ясно выражена тонкая слоистость. Первичная кавернозность и пористость, так же как и органи-ческие остатки, отсутствуют. Часто наблюдается переслаивание подобных доломитов с гипсом. Контакты слоев равные, слабоволнистые или посте-пенные. Иногда встречаются включения гипса или ангидрита.
Структура первично-осадочных доломитов равномерно микрозерни- стая. Преобладающий размер зерен около 0,01 мм. Кальцит встречается лишь в виде незначительной примеси. Иногда наблюдается окремнение, местами интенсивное.

Некоторые исследователи отрицают возможность образования первичных доломитов как в современную эпоху, так и в геологическом прошлом. Этот вопрос детально обсуждается в работе Фейербриджа (Fairbrigde, 1957). Обстоятельно проблема доломитообразования обсуждается -в трудах Н. М. Страхова и Г. И. Теодоровича.
Сингенетические и диагенетические доломиты. К их числу относится преобладающая часть доломитов. Различить их можно не всегда. Они возникают за счет преобразования известкового ила. Залегают в виде пластов и линзовидных залежей и пред-ставляют собой крепкие с неровным шероховатым изломом породы, обычно с неясной слоистостью. Структура сингенетических доломитов чаще равномерномикрозернистая. Для диагенетических более типична неравномернозернистая (зерна от 0,1 до 0,01 мм). Часто наблюдаются органические остатки, в той или иной мере замещенные доломитом. При этом первоначально замещаются раковинки, состоящие из пелитоморфного кальцита (например, раковинки фораминифер). Органические же остатки, сложенные крупными кристаллами кальцита (например, членики крино- идей), остаются обычно недоломитизированными. Раковины брахиопод и кораллы доломитизируются после раковинок фораминифер и раньше члеников криноидей и панцирей морских ежей.
Таким же образом происходит первоочередное замещение доломитом и пелитоморфных участков породы, сложенных кальцитом неорганического происхождения. Часто наблюдается также выщелачивание органических остатков.
Характерна для диагенетических доломитов и неправильно ромбоэдрическая, ромбоэдрическая или овальная форма зерен доломита, часто имеющих концентрически зональное строение. В центральной части зерен имеются темные пылевидные скопления.
В некоторых случаях происходит огипсование породы. При этом замещению гипсом легче всего подвергались наиболее проницаемые для растворов участки карбонатной породы (в частности, органические остатки), а также скопления пелитоморфного доломита.
Вторичные (эпигенетические) доломиты. Этот тип доломитов образуется в процессе замещения при помощи растворов
уже твердых известняков, вполне сформировавшихся как горные породы. Эпигенетические доломиты залегают обычно в виде линз среди неизмененных известняков или содержат в себе участки остаточного известняка.
Районы распространения эпигенетических доломитов часто приурочиваются.к крупным элементам структур и древнего рельефа. Так например, С. Г. Вишняков указывает, что доломиты и доломитизированные известняки горизонта глауконитовых известняков нижнего силура Ленинградской области распространены лишь в районах додевонских депрессий, в которых выше по разрезу распространены доломиты нарорских слоев, обогащающие магнием подземные воды.
Эпигенетические доломиты характеризуются обычно массивностью или неясной слоистостью, неравномернозернистой и неоднородной структурой. Рядом с участками, полностью доломитизированными, присутствуют участки, почти не затронутые этим процессом. Граница между такими участками извилистая, неровная и проходит иногда посередине раковин. .
Я. К. Писарчик считает также характерным для эпигенетических доломитов отсутствие в ядре кристаллов доломитов пылевидных частиц пелитоморфного кальцита, хорошо выраженную ромбоэдрическую форму кристаллов доломита, так же как и их прозрачность.
Вторичные доломиты обычно крупно- и неравномернозернисты, часто такясе крупно- и неравномернопористы.
Происхождение. Доломиты могут возникать на всех стадиях образо-вания осадочных пород. Их формированию способствует значительная минерализация воды и ее щелочность, повышенная температура, а также обилие в растворе углекислоты. В прошлом, эти условия имели место уже в воде бассейнов, и тогда образовывались первично-осадочные доломиты. .
В последние геологические периоды, вероятно, из-за уменьшения содержания углекислоты в атмосфере, такие доломиты формировались очень редко.
Значительно чаще благоприятные условия для возникновения доломитов создавались в йлах из-за большей минерализации иловых вод и значительного содержания в них углекислоты, в частности, при разложении органического вещества.
Образование доломита неоднократно становилось возможным и значительно ниже поверхности земли, уже в толще осадочных пород.
Источником солей магния для первично-осадочных доломитов явля-лась морская вода, а в других случаях — органические остатки, в которых Mg часто находится в легко растворимом виде, или, наконец, маг-незиальные породы, из которых происходило выщелачивание солей магния.
Увеличение минерализации воды значительно сближает растворимость углекислого кальция и магния. Доломит, как указывает Г. И. Теодорович, обычно образуется при концентрации вод, промежуточных между отложением известковых осадков и осадков сульфата кальция. Возможны все переходы от чистых известняков к нормальным доломитам и от доломитов, через сульфатно-доломитовые породы, до сетчатых доломитсодержащих ангидритов или гипсов. Первичным членом этого ряда являются чисто известковые и доломито-известковые типично морские отложения, лишенные сингенетических целестина, флюорита и сульфатов кальция. Затем следуют: 1) известковые доломиты и доломиты с сингенетическим целестином и флюоритом; 2) доломиты с сингенетическим ангидритом, целестином и флюоритом; 3) доломиты с сингенетическим ангидритом без целестина и флюорита и 4) доломиты с сингенетическим ангидритом и магнезитом.
При выветривании доломитов иногда наблюдается их раздоломичивание, ведущее к образованию известняков.
Характерным явлением, сопровождающим выветривание доломитов и доломитизированных известняков, является образование так называемой доломитовой муки, представляющей собой скопление мелких изъеденных кристаллов доломита. Доломитовая мука залегает обычно в виде линз, гнезд и прослоев среди твердых доломитов, образуя скопления до нескольких метров мощности.

Геологическое распространение

Эпохи доломитообразования совпадали с эпохдми усиленного накопления известняков, за исключением того, что частота образования доломитов в общем уменьшалась по мере развития Земли. Поэтому мощные толщи чистых доломитов встречаются преимущественно среди докембрийских отложений. Среди этих же отложений, по- видимому, преобладают первичные доломиты, образовавшиеся за счет химического осаждения минералов из морской воды. В более молодых отложениях чаще встречаются диагенетические или вторичные доломиты, обычно в гипсоносных или соленосных толщах.
Практическое применение. Доломиты и доломитовые известняки применяются в металлургии, при изготовлении строительных материалов, в стекольной и. керамической промышленности.
В металлургической промышленности доломиты применяются в качестве огнеупорного материала и в качестве флюса.
Применение доломита с качестве огнеупорного материала объяс-няется высокой температурой его плавления, у чистых разновидностей, равной 2300°. При обжиге доломита при температуре 1400—1700° образовавшиеся в процессе диссоциации свободные окислы (CaO, MgO) перекри- сталлизовываются, в результате чего пористая масса спекается в плотный клинкер, применяемый для футеровки пода мартеновских печей. Доломитовый под поглощает из расплавленного металла вредные примеси — серу и фосфор.
В доломитах, применяемых в качестве огнеупоров содержание кремнезема не должно быть больше 4—7%, содержание В2О3 и Мп304 не выше 3—5%, так как присутствие этих примесей резко понижает темпе-ратуру спекания и плавления доломита.
При использовании доломитов в качестве флюсов при доменной плавке применяются большей частью известковистые доломиты с содержанием СаО в пределах 30—40% и MgO не менее 10%. Содержание примесей (нерастворимый остаток, фосфор, сера) должно быть незначительно.
В последние годы доломиты начинают использоваться в металлур-гии для производства магния. Используются они также для производства магнезиальных цементов, при отсутствии местных известняков для изго-товления извести, в стекольной, керамической и других отраслях про-мышленности.

Мергели

Под мергелями понимают породы, переходные между кар-бонатными и глинистыми, содержащие 20—70% глинистых частиц. При меньшем их количестве мергели переходят в глинистые известняки, доломито-известняки и доломиты. Типичные мергели содержат менее 5% доломита (1,1% MgO) и от 20 до 40% глинистых частиц. При возрастании содержания доломита до 20% (4,4% MgO) они переходят в слабо доло-митовые, а затем в умереннодоломитовые (20—25% доломита или 4,4— 10,9% MgO) и сильнодоломитовые (более 50% доломита или более 10,9%
MgO). Мергели, в которых карбонатная часть представлена почти исключительно доломитами (содержание кальцита менее 5% следует называть до ломито-мергелями).
Собственно мергели (содержащие не более 5% доломита) делятся на две группы: мергели, содержащие от 20 до 40% глинистых частиц, и глинистые мергели, в которых количество этих частиц увеличивается с 40 до 70%. Тонкозернистые глинистые известняки (содержание гли-нистых частиц 5—20%) часто называют известковыми: мергелями.
Мергели подразделяются на еще более мелкие группы. Так, их разновидности, содержащие СаСОз от 75 до 80% и мелкие частицы силикатных минералов в количестве от 20 до 25%, могут применяться без всяких добавок для производства портланд-цемента и поэтому называются натуральными цементными мергелями (натуралы). Г. И. Бушинский предлагает именовать мелоподобными мергелями еще более известковистые разновидности мергелей, переходные к писчему мелу и содержащие 80—90% СаСОз. Породы, содержащие 90^-95% СаСОз, следует называть глинистым мелом. Чистый мел, так же как и чистый известняк, состоит более чем на 95% из карбоната кальция.
У обычных мергелей в нерастворимом остатке содержание кремнезема превышает количество полуторных окислов не более, чем в 4 раза. Мергели, у которых соотношение S1O2 : R2O3 > 4, относятся к группе песчаных или кремнеземистых.

Типичные мергели представляют собой однородную по структуре, очень мелкозернистую породу, состоящую из смеси глинистых и карбонатных частиц и часто обладающую во влажном состоянии известной пластичностью. Обычно мергели окрашены в светлые тона, но встречаются и яркоокрашенные разновидности красного, коричневого и фиолетового цвета (особенно в красноцветных толщаХ). Тонкая слоистость для мергелей не типична, но многие из них залегают в виде тонких слоев. Некоторые мергели образуют закономерные ритмичные переслаивания с тонкими глинистыми и песчаными прослоями (флишевые отложения). Другие обладают способностью при выветривании быстро растрескиваться («трескуны» и «рухляки»). Обычно это связано с присутствием среди глинистых частиц минералов монтмориллонитовой группы, способных резко увеличивать свой объем при увлажнении,
В качестве примеси в мергелях присутствуют органические остатки, обломочные зерна кварца и других минералов, сульфаты, окислы железа, глауконит и т. д.
Под микроскопом мергели обнаруживают алевритовую или, реже, псаммопелитовую структуру, свойственную некоторым глинам и характеризующуюся присутствием песчаных и алевритовых частиц на фоне основной, тонкозернистой массы, состоящей из смеси глинистых частиц и карбонатных зерен. Размер последних иногда достигает размера алевритовых (т. е. около 0,01 мм).
Происхождение и геологическое распространение. Мергели образуются в областях одновременного отложения глинистого и карбонатного материала. Районы их образования располагаются обычно ближе к области сноса сравнительно с чисто карбонатными породами. Мергели встречаются часто среди континентальных отложений (особенно среди озерных). Существуют также лагунные и морские разновидности. Эпохи образования мергелей совпадают с эпохами образования других карбонатных пород.

Практическое применение

Мергели широко используются в цементном производстве. Для производства портланд-цемента наиболее пригодны те мергели (натуралы), которые могут непосредственно применяться для обжига без предварительного смешения с другими видами сырья (с известняком или глиной). Химический состав мергелей-натуралов должен соответствовать тем же требованиям, как и смесь известняка с глиной (см. выше). Вредна примесь окиси магния, фосфора, щелочей и серы.
Сырье для портланд-цемента обжигается при температуре около 1450°, при которой уже происходит спекание глинистых и известковых частиц и формирование силикатов и алюминатов. Обожженная смесь (клинкер) размалывается и смешивается с небольшим количеством гипса и иногда гидравлических добавок.
Роман-цемент по сравнению с портланд-цементом производится из сырья, более бедного окисью кальция, и обжигается при значительно более низких температурах (850—1100°). Для его изготовления могут быть использованы доломитизированные породы.