Литология

Литоло́гия (от др.-греч. λίθος «камень» + λόγος «учение»; англ. Sedimentology) — геологическая наука об осадочных горных породах (объект исследования), в Западной Европе и США эта наука называется седиментология^[1].

Литология — важная часть петрографии, изучающая состав, структуру, происхождение и изменение осадочных пород; изучает закономерности и условия образования геологических осадков, процессы консолидации и литификации^[2].

В задачи литологии (седиментология) входят изучение «осадочной коры», выявление особенностей и закономерностей распределения осадочных горных пород, а также поиски месторождений полезных ископаемых, связанных с осадочными горными породами.

В 1940 году Л. В. Пустовалов показал, что термин литология уместно применять к осадочным породам, а петрология — к магматическим и метаморфическим^[3].

В 1944 году Д. С. Белянкин определил литологию как раздел петрографии (или петрологии) изучающий современные и древние минеральные осадки^[4]

В 2006 году В. П. Макаров определил литологию как учение о составе, отношениях и связях между геологическими телами и слагающими их породами, образованными при процессах, происходящих в гидросфере, атмосфере и биосфере^[5].

Применение термина литология к исследованию камней в инженерном деле, архитектуре и технике не прижилось^[6].

• Петрография осадочных пород — изучение состава осадочных пород^[7],^[8].
• Фациальный анализ — Состав, отношения и связи между горными породами^[9].
• Формационный анализ — Состав, отношения и связи между горными породами и геологическими телами, выполненными этими породами^[10],^[11].

Литология совместно с региональной геологией, геотектоникой и другими геологическими науками внесла существенный вклад в развитие нового направления в геологии — осадочные бассейны^[12],^[13],^[11].

• Прямая задача литологии — определение особенностей формирования осадков, из которых образуются в дальнейшем осадочные горные породы, в различных физико-механических и физико-химических условиях. Большой вклад в решение этой проблемы внёс Н. М. Страхов^[14],^[15].
• Обратная задача литологии — на основе анализа наблюдаемых свойств осадочных пород — восстановление условий их образования. Существенный вклад в решение этой проблемы внёс Л. В. Пустовалов^[16] , а также практически все геологи и, в частности, литологи, которые занимаются изучением осадочных пород. Методологической основой этих работ является метод (принцип) актуализма^[17] (понятие введено ещё Ч.Ляйелем в 30-х годах XIX века^[18].). Сыграв существенную роль в развитии геологических наук, этот метод в настоящее время является тормозом в их развитии. Дело в том, что метод актуализма по своей сущности является методом аналогий, а метод аналогий не является методом доказательства. Метод аналогий является основой формирования гипотез. Поэтому все положения, полученные на основе применения метода актуализма, в настоящее время необходимо рассматривать как научные гипотезы, требующие проведения специальных процедур доказательства. А это как раз то, что геологи, и литологи в том числе, никогда не делают и не хотят делать.

Проблема состоит в том, что из существования решения прямой задачи не следует наличие решения обратной задачи; последнее представляет собой самостоятельную проблему, хотя без наличия решения прямой задачи решение обратной задачи не возможно. Непонимание различий между этими типами задач приводило к искусственным и надуманным конфликтам между литологами, отражённые, например, в материалах подготовки к литологическому совещанию в 1951 г^[19], и отмеченные, в частности, в^[20].

По своему содержанию и методам исследования «Литология» очень близка к такому разделу об осадочных образованиях, как «Седиментология». Неточность определения «Литологии» приводит к путанице во взаимоотношениях её с «Седиментологией». Многие считают «Литологию» частью «Седиментологии». Так по Vatan (1955) «Область седиментологии значительно более обширна, чем область петрографии осадочных пород.»^[21].

Другие исследователи, наоборот, процессы седиментологии относят к стадиям литогенеза, например^[14],^[22], то есть рассматривают «Седиментологию» как часть «Литологии».

«В их трактовке литогенез начинается диагенезом осадка и распространяется на все постдиагенетические преобразования породы… В данном понимании литогенез (или породообразование) следует за предшествующим ему седиментогенезом (или осадкообразованием). Тем самым противопоставляются две категории природных процессов, которые принципиально разнятся своей сущностью и спецификой исследования, и, вместе с эти, подчёркивается их временная соподчинённость» (^[12], стр.18).

Основные методы исследования:

1. прямые геологические (литологические) наблюдения над составом и строением осадочных пород с применением различных методов тонкого изучения вещества, например, геохимических или изотопных.
2. инструментальные методы — оптические методы, изучение гранулометрического состава, разновидности термического анализа, электронная микроскопия и пр.;
3. методы обобщённого анализа:

• 3а. фациальный анализ^[9],^[23]; [1]
• 3б. формационный анализ^[24];
• 3в. литостратиграфический анализ^[25];
• 3г. палеогеографический анализ^[22];
• 3д. стадиальный анализ^[26];
• 3е. сравнительно-литологический метод (А. Д. Архангельский (1912), Н. М. Страхов) и др.

Все методы обобщённого анализа, принадлежа более высокому уровню исследований, оценивают различные отношения и связи между литологическими явлениями и объектами. Их недостатком является эмпирический уровень получаемой информации. Теоретические исследования в литологии полностью отсутствуют.

Во многих случаях в основе методов обобщённого анализа лежит принцип актуализма^[27]. Названные виды обобщённых анализов — разновидности метода актуализма.

По результатам исследования составляются литолого-фациальные и литолого-палеогеографические карты и атласы, позволяющие наглядно показать закономерности пространственного распределения осадочных горных пород и сделать прогноз размещения ряда полезных ископаемых.

Литология, как одна из отраслей геологии обособилась в конце XIX — начале XX вв^[20][28]. в результате стратиграфических и палеогеографических исследований, сопровождавшихся изучением вещественного состава осадочных пород и связанных с ними полезных ископаемых. Большое значение для обособления литологии имели материалы, полученные английской океанографической экспедицией на судне «Челленджер» (американский учёный Дж. Мюррей, бельгиец А. Ренар, 1891 г.), а также исследования немецкого геолога И. Вальтера (1893—94), посвящённые вопросам осадочного породообразования. Благодаря работам русских (П. А. Земятченский, Я. В. Самойлов, Виктор Николаевич Чирвинский (1883—1942), А. П. Карпинский; А. П. Павлов и др.) и зарубежных (английский учёный Г. Сорби, американские — Дж. Баррелл, В. Воган, французский — Л. Кайё, немецкий — Г. Потонье и др.) учёных литология в 1910-е гг. оформилась в качестве самостоятельной науки. Большой вклад в её дальнейшее развитие внесли советские (А. Д. Архангельский, А. Н. Заварицкий, Д. В. Наливкин, М. С. Швецов, В. П. Батурин, Л. В. Пустовалов, Н. М. Страхов, Л. Б. Рухин и др.) и зарубежные (американцы — У. Твенхофел, У. Крумбейн, Ф. Петтиджон и др.) учёные. Особенно интенсивное развитие Л. началось в СССР после 1-го литологического совещания (1952), на котором были обсуждены достижения Литологии за весь про шедший период и намечена программа дальнейших исследований.

Несмотря на развитие «Литологии», в ней не разрешены многие вопросы, например:

• Определение таких важных понятий петрографии, как структура и текстура пород. Отсутствует анализ взаимоотношений между ними: имеются ли между ними отношения порядкового равенства, или это разнопорядковые понятия. Существующие трактовки этих понятий носят явно выраженный интуитивный, а потому субъективный характер^[29].
• Мало разработаны вопросы переноса и отложения осадков, из которых затем формируются механогенные породы, хотя зачатки этих решений, опирающиеся на представления гидравлики и гидротранспорта (в современном смысле)^[30], рассматривались ещё в 40-50 годах XX века, например,^[15]недостаточно чётко определено понятие «Обломочные породы». Нечёткость возникает в связи с тем, что не определено понятие «Обломок» (сейчас оно носит интуитивный характер), а отсюда не ясно, почему понятие «Обломочные породы» включает и окатанные породы, образованные в результате действия наложенного процесса — физического, или ударного метаморфизма^[31].

Некоторые свойства законов^[32]: Развитие литологии предполагает наличие специфических литологических законов (ЛЗ), более высоких, чем классификации, форм обобщения наблюдений. Но литологические законы (или законы литологии) являются частью, формой проявления геологических законов (ГЗ). ГЗ — частные законы, опирающиеся на представления о законах в теории познания. Ранее сущность ГЗ рассмотрена И. Ф. Зубковым^[33] с позиции категорий и законов диалектики. Согласно (^[34] стр. 156) «закон — внутренне необходимая, всеобщая и существенная связь предметов и явлений объективной действительности; прочное, остающееся в процессе, повторяющееся и идентичное в явлении; …». Свойства закона:

1. Объективность — наличие отношений и связей между явлениями, не зависимое от воли человека, в частности, научного руководителя.
2. Доказательность отношений, связей.
3. Всеобщность — отношения и связи между явлениями геологической реальности присущи одновременно многим материальным (геологическим) системам.
4. Существенность — необходимость для существования предмета, явления. Существенным является такое свойство, удаление которого ведёт к уничтожению явления.

С развитием Закон становится частью теории, являющейся более общим атрибутом научного знания, хотя само отношение, описываемое этим Законом, не исчезает. «Закон как логическая форма организации эмпирических данных даёт тот гносеологический результат, который называется знанием»^[33]. Важная функция З.- объяснения сущности новых явлений и связей: объяснение некоторого явления — это описание его в терминах известных Законов.

В геологии Закон, как форма обобщения эмпирического материала, прежде всего основывается на результатах геологического наблюдения (ГН), как элементарном и первичном акте научного исследования^[32]. Существенную роль в формировании Геологических Законов (ГЗ) играет учёт противоречивой сущности ГН, поскольку ГН является отображением взаимодействия объективного и субъективного. Ими выступают геологические Объекты (породы, тела), как объективная реальность, и геолог — исследователь, вносящий своё «Я» в выявление связей между Геологическими объектами-как фактор субъективности. ГЗ описывает свойства частных форм материи: 1. предметов и явлений и 2. отношений между ними. Выделяются две формы ГЗ: 1. отображение существенных особенностей строения и распространения объективно существующих форм геологического бытия, определяемые или подтверждаемые независимыми инструментальными методами. 2.отношения и связи между этими формами, не имеющие независимое подтверждения, поскольку главные способы их идентификации — теоретические конструкции — отсутствуют. Поэтому вторая форма ГЗ содержит элемент субъективизма. Отсюда его непостоянство, изменчивость во времени, переводящее ГЗ в более низкое качество — закономерность. При использовании геологических наблюдений нужно помнить, что ГН устанавливает исключительно гипотетические связи между геологическими объектами , составляющие основу гипотезы. Этап превращения их через доказательство в объективную реальность, отражением которой является только теория, в геологии практически отсутствует.

В работе^[33] рассмотрена история возникновения ГЗ. Выделяются два периода их выявления. Первый период связывается с процессами становления геологии до XX века. В это время сформулированы положения, названные основными законами, об общих особенностях строения геологического пространства: 1.периодическая смена суши и морей; 2. (Леонардо да Винчи) любая часть земли, которая обнажена реками, уже была земной поверхностью.; 3 (Леонардо — да Винчи) в формулировке^[33] — закон изостазии; 4 (Стено) нормальное залегание слоёв горизонтальное, причём слои, ограничивающие слои снизу и сбоку, образованы ранее и т. д.

Второй период обобщения данных — XX век. В это время интенсивность выделения ГЗ снизилась, появились тенденции отрицания существования законов в геологии (^[33] С. 199—209). В это время не было сформулировано почти не только ни одного закона, но и упоминание о них стало замалчиваться. Например, если у М. С. Швецова^[7] понятие о законах ещё упоминается, то последующих работах^[22],^[18] или^[35] о геологических законах не сказано практически ни одного слова. Существенные недостатки философского анализа проблем геологии:

1. игнорирование двойственности геологического наблюдения;
2. мало обоснованная вера в объективность геологического знания;
3. абсолютизация такого суррогата научного исследования как геологическое моделирование (в разных его формах), статистических приемов исследования;
4. Во многих разделах геологии (геохронология, геохимическая и изотопная баротермометрия, изотопная геохимия, задача об источниках вещества, петрография горных пород и пр.) выявлены методологические (теоретические, математические, методические) ошибки.

Таким образом, проблема «геологических законов» не нашла своего разрешения в новейшей истории развития геологии, хотя Геологические Законы являются краеугольными камнями общей структуры объективного геологического знания.

Классификация геологических законов

Выделяется несколько групп геологических законов:

А. Наиболее общие законы развития, представленные законами диалектики. К ним относятся законы: единство и борьба противоположностей; переход количества в качество; отрицание отрицания, исключенного третьего и др.

Б. Группа общих специальных законов: современные законы физики и химии, описывающие геологическую реальность:

1. Законы термодинамики и физической химии — описывают особенности температурного и барического минералообразования, в том числе и особенности климатических воздействий.
2. Законы гидромеханики и гидродинамики — условия осадкообразования, например, перенос обломков в водных или ветровых потоках.
3. Законы биологии и микробиологии — описывают особенности развития организмов, поставляющих материал для формирования специфических форм осадочных горных пород.

В. Специальные, или собственно геологические (литологические) законы. Наименее разработанная область геологического познания. И здесь также можно выделить геологические законы общего характера: единство вещества и пространства, ограниченности и смешения, следствием которых является единство геологического тела и горной породы.

Некоторые геологические законы, имеющие прямое отношение к формированию литологического знания^[32]:

Закон Леонардо да Винчи

любая часть земли, которая обнажена реками, уже была земной поверхностью.

Закон единства пространства и вещества

любое вещество (твёрдое, жидкое или газообразное) или поле заполняют некоторый объём пространства; и наоборот любой объём пространства заполняется некоторым веществом или полем.

Закон единства геологического тела и горной породы

Любая порода занимает некоторую часть пространства Земли, которая называется геологическим телом, и наоборот. любое геологическое тело заполнено некоторой горной породой.

Закон ограниченности

количественные характеристики свойств объектов или явлений являются ограниченными и конечными величинами.

Закон смешения

все породы являются продуктами смешения или преобразования ранее существовавших пород.

Закон периодичности

процессы, происходящие на поверхности или внутри Земли периодически повторяются.

Положения, которые можно назвать^{[уточнить]} законами литологии:

Закон Стенона

Слои залегают горизонтально, причём более древние залегают под более молодыми;

Закон Головкинского — Вальтера

Фациальный Закон Головкинского — Вальтера (Закон Корреляции Фации) возрастное скольжение отдельных петрографических горизонтов — типов осадков (фаций) и их границ; явление, обусловленное движением береговой линии. В разрезе осадочных толщ друг над другом отлагаются осадки, образующиеся рядом на поверхности литосферы или на дне бассейна седиментации. Поэтому при трансгрессии или регрессии моря горизонтальные зоны осадков (фаций) переходят в разрезах осадочных толщ в вертикальные. В результате осадки одной и той же фации в направлении суша — море не являются строго одновозрастными. Этот закон, установленный Головкинским (1869), был сформулирован Иностранцевым (1872), а позже дополнен и уточнён Вальтером (1894): смена одних осадков другими на поверхности литосферы, в бассейне седиментации и в разрезах может происходить не только постепенно, но и внезапно. Наблюдается выпадение одной или ряда промежуточных фаций, расположенных в соседстве с данной рассматриваемой, благодаря различным причинам: тектоническим, климатическим, орогидрографическим и др.

Закон единства потоков и механогенных осадков

Тесная связь между водными (воздушными) потоками и отлагаемыми из них механогенными осадками является одним из важнейших законов Литологии.

Закон осадочной дифференциации Пустовалова

В процессе переноса осадочного материала под влиянием физико-химических и физико-механических условий происходит его дифференциация.

Закон Страхова

Н. М. Страхов установил причинно-следственную связь между осадками, выделяющимися из водных потоков, и климатическими особенностями региона^[36] Этот закон является частным выражением закона Пустовалова, если рассматривать климатические условия как частное проявления физико-химических условий.

Закон периодичности осадконакопления

Считается основным законом осадкообразования; первая попытка его обоснования принадлежит Л. В. Пустовалову (1940 г)^[7]. Закон является частным случаем общего закона периодичности, в частности «общей периодичности геологических процессов»^[22]. «Высшим проявлением периодичности является чередование различных формации осадочных пород за время одного полного геотектонического цикла» (^[22] С.240).

Закон эволюции осадконакопления

«В его развитии осуществляется как бы повторение пройденного ранее, но каждый раз по-новому, на новой — высшей основе, то есть развитие идёт по спирали… . …процессы эволюции осадконакопления происходят необратимо.» (^[22], С.242, 247).

Закон Геккера

Он отражает положения «о тесной связи организмов со средой обитания», детально развитое Р. Ф. Геккером (1933—1957)^[37](Геккер Роман Фёдорович, 25.03.1900 — 15.08.1991; [2] Архивная копия от 27 июля 2009 на Wayback Machine)

Закон Билибина

все обломки пород и минералов, попадающие в активно действующие водные потоки, по мере переноса окатываются и приобретают равновесную, хорошо окатанную форму. В идеальном случае окатанная поверхность обладает минимальной шероховатостью и описывается уравнениями элиппсоидов (и шара).

"Классификации осадочных пород основаны на генезисе и вещественном составе. По генезису выделяют породы обломочные, химические и органогенные или обломочные, глинистые и хемобиогенные. Дальнейшее подразделение в пределах крупных генетических групп производится по вещественному и минеральному составу.

Л. В. Пустовалов в основу разделения пород положил теорию (правильнее — гипотезу) осадочной дифференциации вещества, выделяя ряды пород, возникших при механической и химической дифференциации, В. М. Батурин — фазы исходного вещества, из которых образуются породы, Ф. Петтиджон — тектонический принцип формирования пород в различных тектонических условиях и т. д. Однако все эти классификации являются более сложными и громоздкими и не получили широкого распространения^[22].

Классификация осадочных пород является частью более общей классификации горных пород и представляет обобщение громадного фактического материала, собранного геологами, и литологами, за всё время существования геологии^[38],^[39]. Классификация — один из способов систематизации эмпирических данных. Она отражает эмпирические связи между понятиями, описывающими существенные явления геологической реальности. Основными элементами классификации являются классификационные признаки, то есть свойства эмпирических данных, на основе которых происходит разбиение этих данных на однородные множества. В целом, классификация- это промежуточное звено в описании геологической реальности и представляет собой одну из первичных форм её обобщения, завершая на эмпирическом уровне определённый этап в проведении научных исследований. Выделяются два уровня определения «классификации»:

1. Классификация — это операция разбиения множества классификационных признаков на непересекающиеся подмножества классификационных признаков, однородных по этим признакам или отношениям и связям между ними.
2. Классификация — это форма представления упорядоченного множества классификационных признаков.

При оценке и построении классификации необходимо учитывать два момента:

• на какую основу она опирается (что является печкой?);
• для чего классификация создаётся?

Исходной основой классификации являются наиболее общие компоненты геологической реальности:

• формы существования геологического вещества (материи);
• формы движения геологического вещества (материи).

Главными формами существования геологического вещества являются:

• а. Твёрдое вещество (твёрдые фазы- породы, минералы, природные стекла и пр.);
• б. Жидкое вещество (жидкие фазы, растворы, расплавы (лавы));
• в. Газовое и газообразное вещество (газовые фазы, флюиды);
• г. Смешанные формы (прежде всего взвеси и суспензии).

В соответствии с ними выделяются и главные формы движения геологического вещества:

1. Физическая- прежде всего механическая (перенос, скольжение, внедрение, тектонические перемещения и пр.);

2. Химическая:

2а.  Растворение, плавление;

2б.  Осаждение из растворов или расплавов (кристаллизация);

2в.  Химическое преобразование (выветривание, метасоматоз, метаморфизм, реакционные взаимоотношения между минералами и пр.).

3. Органическая:

3а.  Биологическое (жизнедеятельность макроорганизмов);

3б.  Микробиологическое (жизнедеятельность микроорганизмов);

3в.  Фитологическое (жизнедеятельность растительных организмов).

Во всех последних случаях отмечается двойственная роль организмов (в том числе и растений) в геологических процессах:

Аа. Организмы являются породообразующими агентами за счёт своего скелета, прежде всего внешнего и выполненного минеральным веществом.

Аб. Организмы после своей гибели оставляют части, продукты гниения которых является основой породообразования (чаще всего растения).

Б. Организмы в качестве катализаторов участвуют в преобразованиях горных пород, сами непосредственных следов практически не оставляют.

Все классификации, опирающиеся на эти формы движения геологического вещества, называются естественными.

В практическом плане классификация — это форма языка, на основе которого осуществляется передача информации о сущности геологических явлений. Как пример можно упомянуть классификацию осадочных пород М. С. Швецова^[7], которая является языком практически всех геологических описаний. Наконец, классификация играет роль определённого стандарта (эталона), используемого как основа для определения горных пород и отнесением их к тем или иным группам геологических образований.

Выделяются несколько уровней начальной классификации геологических признаков:

1. Исходными являются первичные классификации, или классификации первого уровня; они систематизируют непосредственно наблюдаемые эмпирические данные и устанавливают первичные, эмпирические, поверхностные связи между объектами классификации.
2. Второй уровень начальной классификации отражает продукты интерпретации первичных, эмпирических признаков. Этими продуктами являются названия (имена, термины) горных пород, устанавливаемые по этим признакам, а следовательно, второй уровень включает первичную классификацию горных пород как таковых.
3. Третий уровень составляет так называемая генетическая классификация, хотя не существует точного определения понятия «генезис». Генезис является более высоким интерпретационным фактором, который устанавливается на основе выявления условий образования конкретных горных пород, а потому завершает процесс начальной классификации.

Известны основные формы представления классификации:

1. Условные обозначения к картам, планам, схемам.
2. Описательная в виде определённого текста, в котором элементы классификации представлены как разделы этого текста;
3. Табличная — в виде таблицы (квазиматрицы), в которой основные классификационные признаки систематизированы по горизонтали и вертикали. Наиболее полно эта форма проявилась в^[40]
4. В отдельных случаях отмечаются классификации — циклограммы^[14]

Условные обозначения являются наиболее древней формой классификации. В настоящее время наиболее распространены двумерные таблицы классификации как наиболее наглядные, хотя существуют и более сложные виды разбиений, например, треугольные и др. Последние часто используются при классификации пород (чаще магматических) по химическому или минералогическому составу. Классификационная таблица в некотором смысле аналогична уравнению, получаемому при теоретических исследованиях: классификация представляет собой концентрированное отражение геологической реальности, даёт наиболее краткое, в то же время достаточно ёмкое и точное представление об особенностях эмпирических данных, описание которых может занимать тома.

В России (и Советском Союзе) первые классификации осадочных пород появились ещё в довоенное время (В. М. Батурин, 1937 г., Л. В. Пустовалов, 1940 г., и др.). Сводка наиболее серьёзных классификаций приведена в^[20].

Однако первая наиболее приемлемая и получившая широкое распространение классификация создана М. С. Швецовым^[41]:

• Генетические группы пород, выделяемые на основе происхождения слагающего их веществ
  • Обломочные породы
    (продукты разрушения без изменения минерального состава)
  • Глинистые породы
    (продукты разложения алюмосиликатов и железисто-марганцевых алюмосиликатов с образование глинистых минералов)
  • Химические и биохимические продукты
    (выпадения из растворов с образованием окислов и солей простого химического состава)
  • Продукты фотосинтеза
    (накопление органических соединений)
  • Смешанные горные породы
    (смешение различного материал, в том числе и вулканогенно — осадочного)
• Подгруппы пород, определённые условиями осадконакопления вещества
  • Остаточные — Перенесённые
• Главные виды и разновидности пород, обособляющиеся в процессах осадочной дифференциации
  • Крупнообломочные (псефиты) Брекчии, Конгломераты
  • Среднеобломочные (псаммиты)
  • Мелкообломочные (алевриты)

Классификация осадочных горных пород МГУ^[40]:

• Силикатные породы
• Несиликатные породы
• Органические породы

• Литология и полезные ископаемые — научный журнал
• Астролитология
• Петрология
• Осадочные горные породы
• Седиментология

• Рухин Л. Б. Основы литологии: Учение об осадочных породах / Под ред. д-ра геол.-минер. наук Е. В. Рухиной. — 3-е изд., перераб. и доп. — Л.: Недра, Ленингр. отд-ние, 1969. — 704 с. (в пер.)

• Материалы по литологии на lithology.ru