Pierwszym zadaniem sedymentologia jest makroskopowe rozpoznanie skały. Zajmiemy się najpierw skalami okruchowymi/ziarnistymi. Skały te składają się z nagromadzenia okruchów powstałych przez rozdrobnienie starszych osadów lub skał lub ziaren powstałych w wyniku różnych procesów chemicznych (np. ooidy) i biologicznych (np. skorupki otwornic, radiolarii itd.).

• Skała okruchowa zawsze powstaje z czegoś większego, np. w wyniku wietrzenia.

• O skalach ziarnistych mówimy, gdy te elementy powstają na drodze procesów chemicznych lub biologicznych.

Wyróżniamy

• okruchowe skały silikoklastyczne

• ziarniste skały węglanowe (mogą być też okruchowe)¹

• skały piroklastyczne (powstają w wyniku ekshalacji wulkanicznych)

Definicje tekstury i struktury

Musimy zdefiniować podstawowe pojęcia tekstury i struktury. W sedymentologii pojmuje się je odwrotnie niż w petrologii skał magmowych. Tekstura zatem jest tym co dotyczy pojedynczego ziarna, a struktura dotyczy ogółu ziaren.

Tekstura skały osadowej może charakteryzować pojedyncze ziarno lub cały osad. Cechy teksturalne ziarna to:

• rodzaj (minerał, skała, inne)

• wielkość

• morfologia (kształt, obtoczenie, charakter powierzchni)

• orientacja przestrzenna

• barwa

• cechy fizyko-chemiczne (gęstość)

Jeżeli mówimy o osadzie /skale osadowej określamy (tektura osadów):

• skład petrograficzny/mineralny. Lepiej petrograficzny używać, bo jest ogólniejsze. Czasem mamy bowiem ziarna w postaci litoklastów – fragmentów skał, a nie pojedynczych minerałów.

• uziarnienie osadu

• orientacja i

upakowanie ziaren, porowatość

• barwa

• cechy fizyko-chemiczne

Struktura osadu to uporządkowana zmienność cech tekstualnych osadu. Może dotyczyć jednej lub wielu cech strukturalnych naraz. (np. zmiana wielkości ziarna albo barwy). Poniżej opisy przykładowych zdjęć:

• Ziarna o różnej średnicy, zmienia się cecha teksturalna osadu ale bez uporządkowania. Wówczas mówimy o braku struktury, osadzie bezstrukturalnym (homogenicznym)

• Przykładem struktury może być uziarnienie frakcjonalne normalne (spadek średnicy ziarna ku górze)

• Kolejna to zaburzona laminacja (zmiana barwy i zmiana średnicy ziaren prawdopodobnie – te warstewki ciemne mają mniejsza średnicę). Także na innym zdjęciu barwa zmienia się wraz z wielkością uziarnienia.

• Kolejne – próbka anhydrytu – laminacja spowodowana zmianą barwy osadu. Ciemnoszara barwa wynika prawdopodobnie z obecności materii organicznej.

Skala wielkości ziarn według Uddena-Wentwortha i Krumbeina

Klasyfikacje skał osadowych bazują na dwóch podstawowych cechach tekstualnych uziarnieniu osadu i składzie petrograficznym. Uziarnienie osadu podaje się w skali Uddena-Wentwortha (1922). Są wyróżnione cztery frakcje główne: psefitowa, psamitowa, aleurytowa i pelitowa. Ważne by zapamiętać wartości graniczne 2; 0,063 i 0,004 mm. Ta ostatnia wartość jest różnie przyjmowana (czasami 0,002). Pozostałe są zazwyczaj takie same. Liczby te narastają w skali logarytmicznej o podstawie dwa. W przypadku żwirów powinno się mówić drobnokalibrowy, a nie drobnoziarnisty.

Frakcje główne dzielą się na frakcje podstawowe. Szczegółowe nazewnictwo żwirów jest w Polsce jest rzadko używane, ale na zachodzi wydziela się różne podziały:

• drobnoziarnisty granule

• średnioziarnisty pebble (od 4 do 32)

• gruboziarnisty cobble (od 32 do 256)

• bardzo gruboziarnisty (powyżej 256) boulder.

Frakcja piaszczysta dzieli się na pięć od bardzo gruboziarnistej do bardzo drobnoziarnistej. Często w terenie łączy się dwie skrajne w jedną. W pyle także mamy frakcje, ale nie są rozróżnialne makroskopowo.

Po angielsku żwir to gravel, piasek to sand, pył to silt i ił to clay. Często w osadach czwartorzędowych silt tłumaczony jest jako mułek. Frakcja pyłowa nie jest nazywana zatem pyłkiem tylko mułkiem.

Wprowadza się skalę phi, jednostki te definiowane są jako ujemny logarytm o podstawie 2 ze średnicy ziarna wyrażonej w milimetrach. Jest to skala Krumbeina (1934-64). Wartość zero mamy jeżeli d = 1. Obliczamy ze wzoru:

ϕ = -log₂d.

Wszystko co ma wartości powyżej 1 mm, przyjmuje wartości całkowite ujemne, a poniżej dodatnie. Skalę ϕ wprowadzono w celu posługiwania się wygodniejszymi liczbami niż rzeczywiste. Im grubsze osady tym niższa wartość phi.

Opis, klasyfikacja i nazewnictwo skał okruchowych

Opis skał okruchowych polega na opisie:

• szkieletu ziarnowego – największa wagowo lub objętościowo grupa ziaren o określonej wielkości,

• matriksu – ziarna o wielkości poniżej dolnej granicy frakcji reprezentującej szkielet ziarnowy. Ta matriks jest zawsze deponowane ze szkieletem ziarnowym.

• przestrzeń porowej

• cementu – substancji spajającej szkielet ziarnowy i matriks, wykształconej w procesie diagenezy. Możemy o nim mówić wyłącznie w przypadku skał, a nie osadów. Wyróżniamy cementy krzemionkowe, ilaste, wapniste, margliste, dolomityczne, żelaziste i inne.

Skały okruchowe silikoklastyczne

Klasyfikacja skał okruchowych silikoklastycznych bazuje na uziarnieniu i składzie petrograficznym. Osady mogą być jednofrakcyjne, gdy większość ziaren (tzn. powyżej 75 (90)% należy do tej samej wielkości). Tworząc nazwę należy zawrzeć jak najwięcej rzeczy. Nazwa osadu pochodzi od dominującej frakcji. Piasek który ma 87% piasku drobnego nazywany jest piaskiem drobnoziarnistym. Możemy dodać do nazwy barwę i skład, np. piasek drobnoziarnisty biały kwarcowy.

Trudniejsze jest konstruowanie nazwy w klasyfikacji osadów wielofrakcyjnych. Ze względu na wielkość składników (Kozłowski i Łapot, 1989), które tworzą szkielet ziarnowy (muszą stanowić ponad 50% objętości skały) wyróżniamy:

• grubo okruchowe (pow. 2 mm) – żwiry obtoczone, gruzy ostrokrawędziste, spojone zlepieńce i brekcje

• średnio okruchowe – frakcja piaszczysta, osady to piaski a skały to piaskowce.

• drobno okruchowe (drobnoziarniste) frakcja pyłowa i iłowa łącznie. Iły, pyły, muły, iłowce, pyłowce, mułowce.

Druga klasyfikacja (mamy w pliku) ze względu na proporcje poszczególnych frakcji. Jest to klasyfikacja osadów wyłącznie piaszczysto żwirowych. Jest to klasyfikacja Williama z 1942. Między 5 a 25% mówimy piaskach żwirowych, a 25 do 50 żwiry piaszczyste, powyżej 50% żwiry.

Trzecia to klasyfikacja Folka (1954) osadów ilasto – pylasto – piaszczystych. Dzielimy poziomo na piaski, piaski ilaste, piaski mułowe piaski pylaste, dalej na iły piaszczyste, muły piaszczyste, pyły piaszczyste, a poniżej 10% zawartości frakcji piaszczystej na iły, muły, pyły. Muł to mieszanina zawierająca co najmniej po 1/3 iłu i pyłu. Mówimy o claystone, mudstone i siltstone.

Badacze czwartorzędu bardzo często wprowadzają pojęcie mułek, które tu nie istnieje. Czasami wręcz mułkiem nazywany jest muł, a mułem pył. My mamy robić wg Folka. W pyle tworzą się struktury sedymentacyjne takie, które nie tworzą się w mule (warstwowania przekątne) w wyniku istnienia kohezji. Dlatego to jest takie ważne.

Za czasów Folka, po drugiej wojnie światowej tworzono klasyfikacje w ten sposób, że grupie sedymentologów dawano różne próby osadu i mieli oni je nazywać na czuja. Dlatego one wynikają trochę z makroskopowego oglądu.

Trójkąty Ferreta - linia BC to 0 składnika A. Linia AB to zero składnika C. Mając klasyfikację wydzielającą nam trzy pola, mamy na każdym skrajne punkty. Składnika B na rysunku może być nawet zaledwie 20% mimo, że pozornie wydaję się że mamy 50%.

Istnieją osobne klasyfikacje dla skał grubo okruchowych, średnio i drobnookruchowych. W skałach grubo okruchowych ze względu na stopień obtoczenia składników szkieletu ziarnowego możemy mówić o brekcjach i gruzach gdy są nieobtoczone oraz zlepieńcach i żwirach, gdy składniki są obtoczone. Patrzymy tu tylko na szkielet ziarnowym. Matriks nas nie interesuje.

Ze względu na skład petrograficzny szkieletu ziarnowego wyróżniamy zlepieńce i brekcje monomiktyczne z jednym składnikiem i polimiktyczne z wieloma. Mówimy też o ortozlepieńcach ze zwartym szkieletem ziarnowym i parazlepieńcach czy parabrekcjach z rozproszonym szkieletem ziarnowym.

Ze względu na pochodzenie składników możemy mówić o odmianach ekstraformacyjnych – składniki spoza basenu sedymentacyjnego, śródformacyjnych – składniki z rozpatrywanego basenu sedymentacyjnego (erozja i ponowna depozycja w obrębie basenu) oraz odmianach rezydualnych – składniki in situ (selektywne wietrzenie skał macierzystych).

W nazwie skały uwzględniamy jak najwięcej elementów, np. parabrekcja polimiktyczna ekstraformacyjna piaszczysta żelazista. Pozwala to na szybkie wyobrażenie sobie skały. Jeżeli jest to możliwe, to można jeszcze podać barwę tej skały.

Jeżeli chodzi o skały średniookruchowe, to możemy wykorzystać klasyfikację Folka dla osadów mieszanych i Uddena-Wentwortha dla jednofrakcyjnych do opisania uziarnienia. Ze względu na zawartość matriks i skład petrograficzny używamy klasyfikacji Pettijohna (1973). Dzielimy w niej skały na arenity, waki i mułowce i dalej na arkozowe, kwarcowe i lityczne.

W nazwie skały średnio okruchowej o ile to możliwe podajemy barwę, uziarnienie, skład petrograficzny i oczywiście cement. Przykład biały średnioziarnisty arenit kwarcowy krzemionkowy czyli spoiwo krzemionkowe.

Klasyfikacja osadów drobnookruchowych jest najmniej złożona. Ze względu na wielkość ziaren można użyć klasyfikacji Folka, a skład petrograficzny określać w miarę możliwości. W nazwie używamy barwę, uziarnienie, skład oraz o ile to możliwe cement. Czasami skład można przypuścić po barwie. Przykład nazwy to szary mułowiec wapnisty. Polejemy kwasem i widzimy że burzy. Iłowce są tłuste, a pyłowce bardziej szorstkie.

Skały drobnoziarniste głębokomorskie

Większość osadów drobnookruchowych deponowana jest w środowisku głębokomorskim. Jednakże w osadach tych obok ziaren mineralnych występują bioklasty, których zawartość może dochodzić do 100%. Drobnoziarniste osady głębokomorskie stanowią więc odrębną grupę osadów i wprowadza się odrębną ich klasyfikację.

OSADY PELAGICZNE

• mniej niż 25% materiału terygenicznego we frakcji ≥ 0,005 mm

• mediana ≤ 0,005 mm

• tempo przyrostu osadu: mm–cm/1000 lat

Wyróżniamy:

1. iły pelagiczne (CaCO₃ ≤ 30% i SiO₂ ≤ 30%) → ‘czerwone iły’, Bardzo często wody te są bardzo dobrze natlenione, bo jest tam tylko infauna². Brak węgla organicznego oraz czerwony kolor wynikający z utlenienia związków żelaza.

Zależnie od klimatu różnicują się na:

• minerały z grupy illitu

• minerały z grupy chlorytu

• minerały z grupy kaolinitu

• minerały z grupy montmorillonitu

• pelit kwarcowy

2. muły wapienne (calcareous oozes) (CaCO3 ≥ 30%)

• muły kokkolitowe

• muły otwornicowe

3. muły krzemionkowe (siliceous oozes) (SiO₂ ≥ 30%)

• muły radiolariowe

• myły okrzemkowe

Najszybsze tempo przyrostu mamy w mułach węglanowych - nawet do 60 mm na tysiąc lat. Muły krzemionkowe mają niewielkie tempo przyrostu - od 2 do 10 mm na tysiąc lat. Czerwone iły na Pacyfiku północnym - nawet 1 mm na tysiąc lat.

We współczesnych oceanach osady pelagiczne są specyficznie rozłożone. Muły krzemionkowe występują w trzech charakterystycznych pasach: równikowym, arktycznym i antarktycznym. Muły węglanowe występują pomiędzy nimi. Generalnie można powiedzieć, że rozmieszczenie to ma wyraźny schemat.

Skały piroklastyczne

Teraz przechodzimy do skał piroklastycznych. Ze względu na wielkość ziaren mamy klasyfikacje Pathero i Schwaba z 1996. Frakcje piroklastyczne, częściowo pokrywają się z silikoklastycznymi. Drobny popiół jest poniżej 0,063. Skała z popiołu to tuf. Frakcji piaszczystej odpowiada gruby popiół. Od 2 do 64 mm są lapilli a skała lapillit, a powyżej 64 mm bloki i bomby w osadzie, a brekcje i aglomeraty piroklastyczne w skałach. Ogólnie osad piroklastyczny nazywany jest tefrą.

Często używa się ze względu na rodzaj składników podziału popiół czy tuf witroklastyczny, litoklastyczny i krystaloklastyczny.

Ze względu na proporcję składników piroklastycznych do epiklastycznych (niezwiązanych działalnością wulkaniczną) wyróżniamy:

• tufy (składniki epiklastyczne < 10%)

• tufity (10 -70%)

• skały tufonośne (składniki epiklastyczne > 70%)

Na pierwszym roku mówiono, że tufit to skała zdeponowana w środowisku wodnym, a tuf lądowym.

Skały węglanowe

Ostatnia grupa skał okruchowych to skały węglanowe. Odpowiedniki frakcji okruchowych są następujące:

• iły – lutyty

• pyły – siltyty

• piaski – arenity – tutaj arenit odnosi się wyłącznie do ziaren, a w Pettijohnie także do składu - bo waka zawiera już domieszkę matriksu

• żwiry – rudyt

Ze względu na skład jakościowy allochemów tekstury w wapieniach dzielimy na ooidowe, onkoidowe, bioklastyczne i peloidowe.

Na tę samą skałę można powiedzieć wapień muszlowy, wapień organodetrytyczny, wapień bioklastyczny, rudyt, biorudyt (bazujęmy na mikroskopowej Folka, ale przystosowujemy do makroskopowej). Zamiast mikrytu i sparytu wprowadzamy frakcję np. lutyt, siltyt, arenit czy rudyt.

Klasyfikację Dunhama i Folka poznaliśmy na petro i możemy nadal mieć ją w pamięci.

---

1. Skały węglanowe mogą być okruchowe, ziarniste, ale te powstawać na drodze procesów biogenicznych – np. stromatolity, narastanie przy udziale alg, także korale. Jeżeli to nie jest pokruszone to właśnie biogeniczne mówimy. Przy skałach okruchowych mamy na myśli tylko te pokruszone.↩

2. a prądy głębinowe dostarczają tlenu z wód powierzchniowych↩