مقدمة الصخور الرسوبية EPS 221

1. مقدمة الصخور الرسوبية EPS 221 أ.د. محمد بسيونى و أ.د. محمود عارف جامعة الملك عبد العزيز – كلية علوم الأرض – قسم جيولوجيا البترول و الترسبات

2. نسيج الصخور الرسوبية: Texture of Sedimentary Rocks •  النسيج: هو حجم وشكل وطريقة ترتيب الحبيبات المكونة للصخر. وهو يمثل علاقة الحبيبات ببعضها البعض داخل الصخر الواحد. • ويمكن دراسة النسيج بالحصول على عينات يدوية من الحقل أو بالشرائح الرقيقة للصخور أو بطريقة التحليل الميكانيكي. • ويعتقد أن معظم الرواسب حديثة التكون يوجد بها نسبة عالية من الفراغات أو المسام Pores حيث قد تصل نسبة المسامات في الحجر الرملي وقت الترسيب ما بين 20 ـ 55% بينما قد تصل إلى 80% في صخور الغرين وصخور الطين. وهذه الظاهرة قد تتناقص.

3. الخواص النسيجية للصخور الرسوبية الفتاتيةTexture of clastic sediments • حجم الحبيبات والترتيب ( أو التعبئة ) : Grain Size and Packing • شكل الحبيبات ( الاستدارة والتكور ): Grain Shape • طراز الراسب:Grain Fabric • النضوج النسيجي:Textural Maturity • النسيج السطحي : Surface Texture

4. (1) حجم الحبيبات Grain Size • هو عبارة عن تقسيم حبيبات الصخر وذلك في تحديد العلاقة الحجمية بين كل من الزلط Gravels والرمل Sands والوحل Mud ويعتبر مقياس تدرج الحبيبات للعالم ونتورث Wentworth هو الأكثر استعمالاً بين الجيولوجيين. أما مقياس كرومباين Krumbein فهو يحول الحدود المتدرجة إلى قيمة فآي ø باستعمال اللوغاريتم ( للأساس 2) كما في المعادلة التالية :( Phi (Φ) = - Iog2 diam (mm وتظهر هذه العلاقة بين مقياس ونتورث ومقياس فآي في الشكل

5. الترتيب ( أو التعبئة ) : Packing • أما الترتيب ( أو التعبئة ) فهي كيفية ترتيب مكونات الصخر حيث أن الترتيب المتقارب يؤدِّي إلى انخفاض في حجم الفراغ ومن ثم يغير في مسامية و نفاذية • أنواع الاتصالات المختلفة بين الحبيبات: 1) مماس (أو اتصال نقطة Tangential Contact) 2) الاتصال المتطاول ( Long Contact ) 3) اتصال مقعر ـ محدب(Concave - Convex Contact) 4) اتصال متشابك (Sutured Contact)

6. (2) شكل الحبيبات ( الاستدارة والتكور ):  (Roundness & Sphericity) Grain Shape •  لتحديد شكل الحبيبات لا بد من معرفة الاستدارة Roundness والتكور Sphericity ولمعرفة ذلك لا بد من معرفة علاقة قياس كل من طول وعرض وسمك الحبيبة أو الحصى الصغيرة حيث يمكن وصفها بمحاور الأقطار الثلاثة للحبيبة. • ولقد أمكن إيجاد أربعة رتب رئيسية وهي كالتالي: 1) كروية Spherical 2) قرصية Disc 3) ورقية (نصلية) Blade 4) قضيبية Rod  أن تكور واستدارة الرواسب تزداد كلما ابتعدت عن مصدرها

7. تمثيل أحجام الحبيبات • وبعد دراسة الأحجام المختلفة للحبيبات يمكن بعد ذلك توضيحها على هيئة رسومات بيانية تشمل الآتي: (1) المدرج التكراري Histogram (2) منحنى التواتر Frequency Curve (3) المنحنى التجمعي ( أو التراكمي ) Cumulative Curve

8. 3) طراز الراسب:Grain Fabric • الطرازهو طبيعة ترتيب وضع الفراغات الداخلية للصخر وكيفية توجيه مكونات الصخر • يلعب الطراز دوراً مهما في الخصائص الطبيعية للصخور مثل إمرار السوائل والحرارة وغيرها بين أجزاء الصخر. •  يقسم الطراز إلى قسمين من حيث النشأة:( أ ) طراز التشوه: Deformational Fabric يتكون نتيجة الضغط الخارجي على الصخر حيث تتحرك مكونات الصخر ويصبح لها توجهاً معيناً نتيجة الضغط. ويحدث هذا غالباً في الصخور المتحولة (ب) طراز بناء الإضافة: Apposition Fabric يتكون أثناء ترسيب مكونات الصخر ويُشار إليه بالطراز الأولي. وهو أن خاصية تراص وتماسك الصخور الرسوبية مصحوبة بانخفاض في المسامية حيث تشكل ظاهرة التشوه وهذه تغير الطراز الأولي حيث أنه ربما حدث نتيجة خاصية الالتحام و السمنته المبكرة.

9. (4)النضوج النسيجي:Textural Maturity • هو مدى درجة تجوية ونقل و إعادة ترسيب حبيبات الراسب (أو الصخر). فالصخر الناضج نسيجيا يتكون من حبيبات مستديرة و متماثلة الحجم و لا تحتوى على الطين. (5)النضوج المعدنى:Compositional Maturity • حجر الرمل الناضح تركيبياً أو معدنيا يتكون من كوارتز بنسبة عالية جداً، أما الحبيبات المعدنية والفتات الصخري والطين فقد تمت إزالتها بالتعرية والفرز

10. (6) النسيج السطحي :Surface Texture • هو ما يظهر على سطح حبيبة الرمل من علامات دقيقة مثل الخدوش والخطوط والتعرجات وغير ذلك. حيث يمكن رؤية بعض هذه العلامات بالعين المجرَّدة والبعض الآخر بالمجهور العادي أو الإلكتروني. فمثلاً ظهور خاصية التثلج على سطح حبيبة الرمل يدل على نشاط هوائي (أو ريحى)، كذلك ظهور خطوط مستقيمة ومنتظمة تدل على تعرض هذه الحبيبات إلى زحف جليدي أو جليدية .

11. الخواص النسيجية للصخور الرسوبية الغير فتاتية • النسيج البلوري: Crystalline Texture • النسيج الغروي : Micritic Texture • النسيج السرئي ( أو البطروخي ): Oolitic Texture • نسيج العقد الطينية الجيرية: Pelletic Texture

12. (1) النسيج البلوري: Crystalline Texture • يتكون من الكالسيت المتبلور اللامع من بلورات لامعة ونظيفة (نقي) يصل حجم حبيباتها إلى 100 ميكرون أو أكبر. ويظهر هذا النسيج بشكل جيد في الصخور الرسوبية الجيرية وكذلك رواسب المتبخرات

13. (2) النسيج الغروي : Micritic Texture • وهو يُطلق على طين الكربونات حيث تتراواح أقطار جسيمات الجير الدقيق الحبيبات بين 0.03 ـ 0.04 مم ويُعرف أيضاً بنسيج الراسب الأرضي Matrix أو الوحل الكلسي Calcilutite • يتكون النسيج الغروي من أنشطة الرياح والأمواج والمد والجزر وتتسبب جميعها في تفتيت وتكسير حطام الأصداف وغيرها إلى قطع صغيرة جداً. وكذلك يمكن أن يتكون بالترسيب الغير عضوي المباشر خصوصاً في بيئات الكربونات.

14. (3) النسيج السرئي ( أو البطروخي ): Oolitic Texture • وهذا يُعرف أيضاً بالرمل السرئي والذي يتكون في بيئات عالية النشاط والطاقة مثل منطقة المد والجزر وهو نسيج جيد التصنيف وقد يحتوي على قليل أو خالي من الراسب الأرضي

15. (4) نسيج العقد الطينية الجيرية: Pelletic Texture • و هو يتكون من عقد حبيبية طينية عديمة البنية أو التشكل وغير متبلورة. وهي تتشكل نتيجة عمليات مختلفة حيث أن كثير من الحيوانات غير الفقارية تفرز (تخرج) طين جيري على هيئة عقد أو كريات تسمى Faecal Pellets وكذلك عملية تجير (تطيين) للحبيبات الهيكلية بواسطة الطحالب ويكثر تواجد مثل هذا النسيج في البرك الشاطئية والمحجوزة

16. التركيب المعدني : Mineralogical Composition •  إن معادن الصخور الرسوبية يمكن تقسيمها إلى قسمين رئيسيين هما:1ـ المعادن المقاومة للتكسير الميكانيكي والكيميائي لدورة (لعملية) التجوية.2ـ المعادن المتشكلة حديثاً والناتجة من التجوية الكيميائية.

17. إن المقاومة النسبية للمعادن الناتجة من التجوية موضحة في الجدول. لذا نجد أن الكوارتز Quartz يعتبر واحداً من أكثر المعادن مقاومة للتجوية الميكانيكية والكيميائية بينما الأولوفين Olivine يمكن تحلله كيميائياً (Alteration). لكن نجد أن المعادن الواقعة بين الكوارتز و الأولوفين توضح مقاومة متوسطة خلال عملية التجوية وهو يماثل سلسلة باون Bowen Reaction هذا التشابه يدل على أن المعادن المتشكلة عند درجة حرارة منخفضة عند تبلور الصهير تعتبر مقاومة عند درجة الحرارة والضغط العاديين (الظروف المناخية).

18. التكسير الكيميائي للمعادن • إن التفاعل الناتج من التكسير الكيميائي يتطلب حرارة عالية للمعادن المكونة للصخور النارية والمتحولة عندما يحدث التفاعل في بيئة مائية درجة حرارة وضغط منخفضين. ونتيجة لهذا التفاعل قسم إلى ثلاثة أقسام هي :(1) طبقات السيليكات مثل الكاولينايت والمونتمورلونايت.(2) السيليكا في المحلول H4SiO4.(3) أيونات الصوديوم Na، والبوتاسيوم K، والكالسيوم Ca، والمغنيسيوم Mg في المحلول.أما الحديد Fe فينطلق من تكسير المعادن القلوية ويحصل له أكسدة سريعاً ويترسب على هيئة Fe(OH)3 ليعطي جيوثايت Goethite أو هيماتايت.

19. أمثلة على تفاعلات التكسير الكيميائي للمعادن 1) تحول الفيلسبار إلى كاولينايت بالتفاعل التالي: 4KAlSi3O8 + 4H+1 + 2H20 4K+1 + AlSi4O10(OH)8 + 8SiO2 Potassium Hydrogen Water Potassium Kaolinite Silica feldspar ions ions ions 2) تحول المسكوفايت إلى كاولينايت بالتفاعل التالي: KAl3 Si3O10(OH)2+3H2O+2H-----> 3Al2Si2 (OH)4+2K

20. أما الصخور الرسوبية الحتاتية تتكون أساساً من معادن متشكلة ومقاومة مثل الكوارتز و الفلسبار البوتاسي والميكا وقليل من البلاجيوكليز ونسبة بسيطة من الجارنت و الزركون و الماجنتايت.أما الصخور الرسوبية الكيميائية ( الغير عضوية ) والناتجة من الترسيب العضوي والغير عضوي للمعادن يفسر على أساس المبادئ الكيميائية و الفيزوكيميائية والتي تتشكل عند درجة حرارة 25ْ وتحت الضغط الجوي العادي. ومثل هذا التجمعات تعكس تركيز الأيونات في المحاليل وظروف الحرارة والضغط وكذلك ملوحة الأحواض الترسيبية. فمثلاً قطاع طبقات المتبخرات يرجع إلى تركيز الأيونات في المحاليل المشبعة. والأمثلة عدة للترسيب الكيميائي الشائع للكالسيت والأرجونايت والجبس و الانهيدرايت والهالايت وكذلك المتكونات الرسوبية الحديدية للهيماتايت Hematite والماجنتايت Magnetite والسيدرايت Sidrite والانكرايت Ankerite بالإضافة إلى الشيرت Chert وتعتبر نتاجاً للترسيب الكيميائي.