التصنيف البتوقرافي للحجر الرملي

التصنيف البترغرافي للرمل والحجر الرملي


للحصول على وصف معدني متكامل للرمل والحجر الرملي نستخدم كل المعلومات المعدنية والنسيجية والبتروغرافية، والتي تعد القاعدة الأساسية العامة في كل الاستنتاجات اللاحقة حول أصل الحجر الرملي وأهميته الاقتصادية.
ويعد التصنيف هو النتيجة الطبيعية للوصف البتروغرافي المنظم للحجر الرملي. وبما إن الرمل يتكون من أنواع متعددة ومختلفة، فإننا نحتاج إلى تقديم وصف مختزل ودقيق لوصفه وتصنيفه بصورة سريعة ومناسبة.
هنالك ثلاث أنواع رئيسة من الرمل، وهي: القارية terrigenous، والكاربونيت carbonate، والفتات البركاني pyroclastic.
الرمل القاري terrigenous sands هو أكثر الأنواع وفرةً ومشتق بصورة أساسية من خارج حوض الترسب، من تعرية الرواسب السابقة الوجود، كالصخور البركانية المتبلورة والصخور الرسوبية، وفيما عدا الرواسب الريحية eolianites، فإنها تترسب بفعل المياه. ويغلب عليها المعادن السيليكاتية.
الرمل الكاربوناتي carbonate sands وهي الرواسب المترسبة فعلياً في المياه البحرية وتتكون بصورة اساسية من الحبيبات الهيكلية skeletal grains، والسرئيات oolites، فضلا عن الحبيبات المغلفة الاخرى coated grains، وبعض الفتات الداخلي intraclasts، والكاربونات القارية terrigenous carbonate. والكاربونات القارية هي رمال قارية غير شائعة الوجود ماعدا في مناطق التعرية السريعة لتتابعات الكاربونيت السميكة في الأحزمة الاوروجينية أو في بعض المواضع الثلجية.
الرمل الفتاتي الناري pyrocastic sands هو الرمل المشتق مباشرةً من الانفجارات البركانية، مثل ash, lapilli, bombs. وقد يترسب في اليابسة أو لمياه. والرمل الفتاتي الناري هو اقل أنواع الرمل شيوعاً.
في الطبيعة، هناك تدرج بين الأنواع الثلاث من الرمل. الرمل الفتاتي الناري والرمل الكاربوناتي قد يتواجدان معاً، مثلاً، في مواضع المحيطات حيث يتراكم الحطام الهيكلي في مناطق الرفوف القارية المتاخمة للجزر البركانية الأصل. أو قد يحمل الرمل القاري الى المنطقة بفعل التيارات على طول الشاطئ ليصبح مكون ثانوي للرمل الهيكلي skeletal sands.
تسمية وتصنيف الرمل:
تتلخص معظم تصنيفات الرمل في استخدام منهاج المثلث المتساوي الأضلاع والزوايا، والذي يستخدم فيه مكونات الرمل الرئيسة وهي الكوارتز والفلدسبار والمحتويات الصخرية.
وتبعاً لـSelley, 1976 يستخدم عامل النضوج (Maturity) في تسمية وتصنيف الرمل. فيكون الرمل ناضجا (Maturity) في اتجاهين كيميائياً وفيزيائياً. وبما أن الرواسب تتشكل من تجوية مصدر صخور معقدة معدنياً. ومن خلال عملية التجوية والنقل وبشكل متناسب تتحلل وتقل المعادن غير الثابتة (الفلدسبار) وتزدد نسبة المعادن الثابتة (الكوارتز) كيميائياً. فيكون معامل النضوج الكيميائي (Index of chemical maturity) لصخر ما هو نسبة تواجد الكوارتز والفلدسبار في هذا الصخر. وعندما يعاد ترسيب (Reworked) الرواسب من خلال دورتين رسوبيتين أو أكثر فان هذه الرواسب تميل إلى أن تكون ناضجة ومحتوية على رمل كوارتز نقي (Pure quartz sands).
أما النضوج الفيزيائي فيصف التغيرات النسيجية (Texture changes) التي تمر بها الرواسب من فترة التجوية حتى فترة الترسيب. وتشمل هذه التغيرات كلا من الزيادة في درجة الفرز (أو التصنيف) (sorting)، والانخفاض في محتويات رواسب الأرضية (matrix)، أو الرواسب الدقيقة. وبذلك يكون معامل النضج الفيزيائي
(Index of physical maturity) هو النسبة بين الحبيبات (Grains) ورواسب الأرضية (Matrix). وفي هذه الحالة يكون الطين (clay) هو راسب الأرضية الشائع. فيشكل محتوى الطين في صخور الرمل مقياس عامل النضوج النسيجي
(Texture Maturity) أو الفيزيائي، ويشكل الكوارتز مقياس عامل النضوج المعدني (Mineral Maturity) أو الكيميائي.
يحدث كل من النضوج الكيميائي والفيزيائي أثناء تاريخ تجمع الرمل, وبذلك ربما يكون الرمل الناضج كيميائياً غير ناضج فيزيائياً، وبالعكس. ويرجع هذا إلى إن التكوين المعدني الكيميائي (Chemical composition) يكون بشكل حتمي نتيجة المصدر الأصلي (مكان النشأة Provenance)، بينما التكوين المعدني النسجي
(Texture composition) يكون نتيجة عمليات (Processes) لاحقة والتي تتعرض لها الصخور من وقت التجوية وحتى وقت الترسيب.
وباستخدام منهاج المثلث المتساوي الأضلاع والزوايا، وتوزيع محتويات صخر الرمل الثلاثة الرئيسة (وهي الحبيبات الثابتة وراسب الأرضية والحبيبات غير الثابتة) على رؤوس المثلث كما موضح بالشكل (1). فكلما تحسن تجمع الرمل في النضوج النسيجي (أو الفيزيائي) ابتعد عن رأس المثلث الحاوي على راسب الأرضية (Matrix)، وكلما تحسن تجمع الرمل في النضوج المعدني (أو الكيميائي) ابتعد عن رأس المثلث الحاوي على الحبيبات غير الثابتة (أو الفلدسبار). وحيث إن النوعين من النضوج يحدثان معاً وفي نفس الوقت ولكن بمعدل سرعات مختلفة، لذا فان محصلة النضوج (Net maturity) تزداد في اتجاه رأس المثلث الحاوي على الحبيبات الثابتة (أو الكوارتز).ويتم ذلك عبر أكثر من دورة رسوبية.

شكل (1): استخدام نظام رؤوس المثلث المتساوي الأضلاع في إيضاح كيفية الاستدلال على نضوج الرمل من خلال مكوناته عن (Selley, 1976).
التصنيف:
ليكون التصنيف تصنيفاً جيولوجياً ذو دلالة فانه يجب أن يعتمد على عدة عوامل. مثلا، سهولة الملاحظة، و ذو متغيرات معنوية قابلة للتحليل الكمي، وان الأسماء المطبقة لصنف معرف تكون أكثر قبولا إذا كانت تعود إلى الاستخدام الجاري ولا تبتعد عن المعنى العام.
تصنيف فولك للحجر الرملي:Folk’s classification of sandstone
يعتمد تصنيف فولك للحجر الرملي على النسبة المئوية للمكونات الرئيسة للرمل. ويوضح الشكل (2) تصنيف فولك للحجر الرملي المُستخدم لمنهاج المثلث المتساوي الأضلاع والزوايا .

شكل(2): تصنيف فولك للحجر الرملي، (محور عن Folk, 1980).
ومن الشكل يظهر ان لمثلث تصنيف فولك للحجر الرملي ثلاث نهايات او اقطاب تمثل كل منها احد المكونات الرئيسة للرمل، وهي:
قطب Q: يتضمن كل انواع حبيبات الكوارتز الفتاتية (الاحادية والمتعددة البلورات) ماعدا الصوان chert.
قطب p: يتضمن كل انواع حبيبات الفلدسبار الفتاتية (الاحادية والمتعددة البلورات) فضلا عن الاجزاء الصخرية التابعة للجرانايت والنايس.
قطب RF: يتضمن كل انواع القطع الصخرية الاخرى، مثل: الصوان، او اللايمستون، او البازلت، او السليت، او القطع الصخرية البركانية، ... الخ (ماعد الجرانايت والنايس).
ويقسم تصنيف فولك إلى سبعة حقول إضافية، وهي:
Quartzarenite: ويشمل كل الحجر الرملي بنسبة 95% او اكثر من الكوارتز (Q- pole material).
Subarkose: تتراوح نسبة الكوارتز مابين 75% الى 95%، ونسبة الفلدسبار (F- pole) الى القطع الصخرية (RF- pole) تكون اكثر من 1.
Sublitharenie: نسبة الكوارتز تمتد من 75% الى 95%، ونسبة الفدلدسبا رالى القطع الصخرية هي اقل من 1.
Arkose: نسبة الكوارتز اقل من 75%، وونسبة الكوارتز فلدسبار الى نسبة القطع الصخرية هي اكبر من 3:1.
Lithic Arkose: الكوارتز اقل من 75%، والكوارتز فلدسبار الى نسبة القطع الصخرية تكون اكبر من 1:1 لكن اقل من 3:1.
Feldspathic litharenite: الكوارتز اقل من 75%، والكوارتز فلدسبار ال نسبة القطع الصخرية هي اكبر من 1:3 لكن اقل من 1:1.
Litharenite: الكوارتز اقل من 75%، والكوارتز فلدسبار الى نسبة القطع الصخرية هي اقل من 1:3.


اذا امكننا تمييز صخرة حجر رملي من نوع litharenite او feldspathic litharenite، واذا امكننا تمييز او تعريف الانواع المختلفة من القطع الصخرية الموجودة، فان من الممكن تقسيم هذا الحقل تقسيماً ثانوياً (subdividing). فمثلا تقسيم القطع الصخرية الى قطع صخرية بركانية (VRF)، و قطع صخرية متحولة (MRF)، و قطع صخرية رسوبية (SRF)، ويمكن تحديد النسبة المئوية لكل وحدة. ويمثل المثلث الثانوي الثانوي التقسيمات الثلاث الثانوية للـ litharenites وهي: Volcanic arenite، Phillarenite، Sedarenite. كما يمكن الاستمرار باجراء تقسيم ثانوي اخر (انظر شكل2) للـ chert arenite، calcilithite، sandstone arenite، shale arenite. كذلك يمكن ملاحظة التقسيمات الثانوية للفلدسبار من الشكل(2) وبنفس الطريقة.
تصنيف دوت للحجر الرملي: Dott’s classification of sandstone
يختلف تصنيف دوت، الواسع الاستخدام، عن تصنيف فولك بكونه اتخذ من نسبة الأرضية matrix (التي تجاهلها فولك) كأحد العوامل المعتمدة في التصنيف. كما انه اعتمد على منهج المثلث المتساوي الأضلاع في التصنيف لكن باختلافات طفيفة.
يلاحظ، مثلاً، أن الصوان chert في هذا التصنيف يقع ضمن حقل الكوارتز وليس ضمن حقل القطع الصخرية كما في تصنيف فولك.
يعد هذا التصنيف من ابسط التصانيف المستخدمة في تصنيف الرمل والحجر الرملي (الشكل 3). وهو ملائم لتصنيف كل من الرمال القديمة والحديثة. وبشكل أساسي يعتمد هذا التصنيف على أساس هيكلية الحبيبات للكوارتز والفلدسبار والقطع الصخرية. ويمكن ملاحظة انه قسم الرمل الى مجموعتين اساسيتين، اعتماداً على نسبة الأرضية الموجودة (matrix)، فاذا كانت نسبة الأرضية دون الـ15% فيعرف الحجر الرملي عندها بكونه رمل نظيف (clean sands) او ارينايت (arenite-sands). اما اذا كانت نسبة الأرضية تفوق الـ15% فيعرف الحجر الرملي بكونه رمل وسخ (dirty sands) او واكي (wackes).

شكل(3): تصنيف الحجر الرملي وفقا لـ (Dott, 1964).
يمثل المثلث الأول مجموعة الارنايت (اقل من 15% من الأرضية). وقد قسم إلى عدة حقول ثانوية، وهي Quartz arenite, Arkosic arenites, Lithic arenite. أطلقت تسمية Quartz arenite على صخرة الحجر الرملي ذات نسبة 95% من حبيبات الكوارتز، و5% من حبيبات الفلدسبار أو القطع الصخرية، وبذلك فهي فقيرة جدا بالحشوة الأرضية. ويطلق عليها كذلك تسمية Orthoquartzites. أما صخرة Arkosic arenites، فتمثل صخرة الحجر الرملي التي تفوق فيها نسبة الفلدسبار 25% وهي بذلك تفوق نسبة القطع الصخرية فيها. أما تسمية Lithic arenites، فتطلق على صخرة الحجر الرملي التي تفوق فيها نسبة القطع الصخرية 25%، ونسبة اقل من الفلدسبار. كما تمثل كل من الـsubarkose و sublithwacke على الصنفين الانتقاليين ما بين الكوارتز ارينتايت والاركوز والليثارينايت، على التوالي، ويطلق على كليهما أيضا تسمية Protoquartzite.
أما المثلث الثاني فيمثل مجموعة الواكي (اكثر من 15% من الأرضية). ويستخدم مصطلح الجرايواكي (او الجروق) Graywackes للدلالة على هذه المجموعة. وقد ميز صنفين اساسيين من هذه المجموعة وهما (Feldspathic graywacke و Lithic graywacke)، وذلك اعتماداً على فيما اذا كان الفلدسبار هو المكون السائد في الصخرة او القطع الصخرية هي السائدة. اما الكوارتز واكي Quartz wackes فتمثل صنف ثانوي وصغير نسبياً ضمن مجموعة الواكي.
تصنيف دوت اعتمد على التركيب المعدني بصورة رئيسة وعلى بيئة الترسيب بصورة ثانوية. فمثلاً، الكوارتز ارينايت قد يترسب ككثبان تحت هوائية (أو سطحية) subareial dune، أو في المجاري النهرية stream أو على السواحل beach. اما الاركوز ارينايت فقد يترسب في المراوح الهوائية السفح جبلية alluvial piedmont fan، أو كرمال جرفية بحرية marine shelf sand. ولان خصائص صخور المصدر تحدد التركيب المعدني للصخور، فمن الممكن ربط هذا التصنيف بكل من تركيب منطقة المصدر و التكتونية فيها.