Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Катагенез - этап существования осадочных пород в литосфере

Катагенез - этап существования осадочных пород в литосфере


Осадочные породы, сформированные из осадков процессами диагенеза, продолжают изменяться, приспосабливаясь к непрерывно изменяющимся термодинамическим условиям, господствующим в земной коре. В условиях продолжающегося осадконакопления, погружаясь на все большую глубину под толщи новых осадкой, осадочные породы испытывают влияние увеличивающихся давления и температуры. На определенном этапе геологического развития территории ее погружение может смениться поднятием. В этом случае осадочные породы из более глубоких зон литосферы будут перемещаться в верхние зоны вплоть до выхода на дневную поверхность, где они вновь подвергнутся процессам выветривания. В случае нарастающих прогибаний осадочные породы перейдут и метаморфические.
Совокупность процессов изменения осадочных пород в период существования до начала перехода в метаморфические породы называется катагенезом осадочных пород. Катагенез является непосредственным продолжением диагенеза. Процессы, начавшиеся в диагенезе, продолжаются и в стадию катагенеза, хотя темп течения этих процессов, а зачастую и их содержание существенно изменяются.
Некоторые исследователи предлагают различать преобразования осадочных пород в условиях их погружения — прогрессивный катагенез и регрессивный эпигенез, т. е. процессы, проходящие в осадочных породах в условиях воздымания территории при переходе осадочных пород из областей с высокими давлениями и температурами в поверхностные зоны литосферы с пониженными значениями давлений и температур.
При погружении осадочных пород в глубины земли продолжаются уплотнение и цементация, начавшиеся в диагенезе. В английской и французской литературе эти процессы обозначаются термином «литификация», т. е. окаменение. Литификация сопровождается уменьшением пористости уплотняющихся пород. Уплотнение, т. е. уменьшение объема пород при увеличении давления, наиболее развито в глинистых породах и значительно слабее проявляется в песчаных и некоторых типах карбонатных пород, для которых характерно наличие прочного каркаса — скелета породы, состоящего из обломочных зерен или обломков раковин, слабо поддающихся уплотнению.
Для многих пород (гипсы, каменная соль, частично известняки) характерны процессы перекристаллизации в результате дифференциального растворения минерального вещества. В точках контакта частиц, слагающих породу, литостатическое давление может значительно превышать гидростатическое — передающееся через пластовые растворы, заполняющие пустоты между частицами. Растворяясь в точках контактов, где давление больше, минералы в соответствии с принципом Рикке будут кристаллизоваться на поверхностях частиц, образующих поры, где давление меньше (рис. 6.1). Этот процесс растворения — кристаллизации будет продолжаться до тех пор, пока все пустоты между частицами не будут заполнены. Дифференциальное растворение и перекристаллизация развиваются тем быстрее, чем меньше размер частиц, слагающих породу, т. е. чем больше их удельная поверхность.
Катагенез - этап существования осадочных пород в литосфере

Наряду с перекристаллизацией продолжается цементация обломочных и многих карбонатных пород, начавшаяся еще в диагенезе. Цементация происходит в результате кристаллизации аутигенных минералов из пересыщенных поровых растворов. Пустоты между обломками заполняются цементирующим минералом, и рыхлый материал породы превращается в сплошную камнеподобную массу: например, песок превращается в песчаник, гравий в гравелит и т. п. В тех случаях, когда аутигенный минерал цемента имеет тот же состав, что и частицы породы, может возникать процесс регенерации этих частиц. Так, например, на обломочные зерна кварца нарастает аутигенный кварц цемента в той же оптической ориентировке, образуя с обломком единую кристаллическую решетку — кристалл (рис. 6.2). В известняках часто наблюдается регенерация обломков члеников крипоидей, сложенных монокристаллическим кальцитом.
Катагенез - этап существования осадочных пород в литосфере

Общее уменьшение мощности глинистых пород за счет их катагенетического уплотнения иллюстрирует соотношение твердых пиритовых конкреций с вмещающими их глинистыми породами нижней юры Кавказа (рис. 6.3). Конкреции начали формироваться, очевидно, в неуплотненных, рыхлых глинистых породах (возможно, осадках) на ранней стадии диагенеза. Пористость таких насыщенных поровыми растворами пород — 40—50%. При последующем катагенетическом уплотнении твердое пиритовое ядро практически не меняло объема, поэтому вмещающая глинистая порода в результате значительного уплотнения «обтекает» конкреции. Современная пористость нижнеюрских глинистых пород составляет около 4—5%.
Катагенез - этап существования осадочных пород в литосфере

В процессах катагенеза происходят уплотнение, перекристаллизация и цементация частиц глинистых минералов, слагающих глинистые породы. При этом глины теряют свойство образовывать с водой пластичную массу и переходят в аргиллиты — плотные камнеподобные породы, внешне похожие на глины, но не размокающие в воде. В условиях развития одностороннего давления — стресса, при складкообразовании аргиллиты могут приобретать более или менее выраженную сланцеватость. В этих случаях мы говорим о сланцеватых аргиллитах.
Изучение характера уплотнения глинистых пород на больших глубинах при поисках нефтяных месторождений показывает, что пористость пород от нескольких десятков процентов в приповерхностных горизонтах уменьшается до первых единиц процентов на глубине 5—6 тыс. м, где господствуют аргиллиты (рис. 6.4). Все это говорит об огромных объемах поровых растворов, выжимаемых в окружающие породы из глинистых пород при их уплотнении. Простой подсчет показывает, что из пласта неуплотненных глин мощностью 100 м, распространенного на территории 10х10 км, т. е. имеющего объем 10 км3, в процессе катагенетического уплотнения, сопровождаемого уменьшением пористости с 40 до 5%, будет выжато 3,5 млрд м3 воды с растворенными в ней различными реакционно-активными соединениями.
Увеличение давлений и температур и движение поровых растворов внутри пород из более уплотняющихся глинистых пород в менее уплотняющиеся песчано-алевритовые приводят к постоянному изменению физико-химических условий существования пород и вызывают растворение одних минералов и кристаллизацию других. В породах развиваются процессы трансформации менее устойчивых в изменившихся условиях минералов в более устойчивые; а также коррозия, замещение, перекристаллизация и другие процессы, приводящие в ряде случаев к радикальному преобразованию не только структурно-текстурного, но и минералогического облика пород.
Исследование несколькими поколениями геологов осадочных пород показало, что в процессах катагенеза в них происходит формирование минералов почти всех групп, за исключением, может быть, таких, которые формируются в наиболее жестких термодинамических условиях (оливины, пироксены, амфиболы, гранаты и некоторые другие) Наиболее распространенными минералами, образующимися в процессах катагенетического изменения осадочных пород, являются следующие:
1. Группа кремнезема: опал, халцедон, кварц.
2. Группа карбонатов: кальцит, доломит, анкериты, сидерит и др.
3. Группа сульфидов: пирит, марказит, галенит, сфалерит, халькопирит и др.
4. Группа сульфатов: гипс, ангидрит, барит, целестин.
5. Группа силикатов:
а) железомагнезиальные хлориты: прохлорит, клинохлор и др.;
б) глинистые минералы: иллит, диккит и др.;
в) цеолиты: клиноптилолит, анальцим, филлипсит, шабазит и др.;
г) полевые шпаты: ортоклаз, микроклин, плагиоклазы.
6. Группа окислов титана: рутил, анатаз, брукит, лейкоксен.
Представители перечисленных групп, за исключением анатаза, брукита, рутила и лейкоксена, образующих обычно единичные мелкие кристаллики и отдельные выделения, широко представлены в цементах обломочных пород. Многие из них участвуют, как уже указывалось, в регенерации зерен обломочных минералов или обломков фауны (например, кварц, полевые шпаты, кальцит). Они присутствуют в различных породах в виде более или менее рассеянных и изолированных агрегатов. Минералы групп кремнезема, карбонатов, сульфидов, сульфатов часто образуют разнообразные стяжения и конкреции в глинистых, обломочных, карбонатных и других породах.
Как результат катагенетических процессов, особенно в условиях значительного погружения осадочных пород, при высоких давлениях и повышенных температурах, усиливаются миграция и перераспределение различных соединений, в том числе соединения многих металлов, рассеянных в осадочных породах. Такое катагенетическое перераспределение вещества внутри осадочных толщ может способствовать формированию пластовых сульфидных месторождении ряда металлов, имеющих «гидротермальный облик» (свинец, цинк, медь). Это так называемые стратиформные месторождения, образование которых во многом определяется процессами катагенеза. Действительно, на глубине, например, 3 000 м от поверхности земли, где господствуют геостатическое давление около 800 кг/см3, гидростатическое — 300 кг/см2, а температура составляет 100°С, часто больше, резко повышаются растворимость и реакционная активность многих соединений, в том числе ряда металлов, приводящая к накоплению их в определенных пластах и пачках пород.
При погружении в осадочных породах происходит трансформация многих минералов, обладающих «рыхлой» кристаллической решеткой, в более «плотные» минералы. Развиваются процессы разрушения коллоидов, их дегидратация и др. Например, гипс переходит в ангидрит, опал теряет воду и трансформируется в халцедон и далее в кварц. Каолинитовый цемент песчаников преобразуется в диккитовый. Особое значение имеют преобразования минерального состава глинист1лх пород.
Исследованиями ряда советских и зарубежных ученых установлены процессы гидрослюдизации (иллитизации) таких глинистых минералов, как монтмориллонит, т. е. переход его в иллит, при погружении пород на глубины, превышающие 3—4 тыс. м, а также широкое развитие хлоритизации пород. Монтмориллонит, обладающий «разбухающей» кристаллической решеткой, межплоскостные расстояния которой могут изменяться от 14 до 17 А, переходит в иллит, кристаллическая решетка которого обладает значительной жесткостью и межплоскостным расстоянием 10 А.
Такой переход сопровождается освобождением большого количества кремнезема, который в форме H4SiO4 вместе с поровыми растворами выжимается из уплотняющихся глин в соседние более пористые пласты, участвуя в формировании кремнистых цементов различных обломочных пород, а частично цементируя образующиеся глинистые породы — массивные аргиллиты. Процесс идет по схеме
Катагенез - этап существования осадочных пород в литосфере

Таким образом, осадочные породы в течение существования в литосфере, т. е. на этапе катагенеза, не являются инертными массами. В них развиваются многообразные и сложные физико-химические процессы, во многом наследующие процессы, начавшиеся еще в диагенезе, или же отражающие изменяющуюся реальность перехода осадочных пород в области повышающихся давлений и температур, что связано с погружением пород в глубины земной коры.
Для понимания процессов катагенеза многое сделано советскими литологами А.В. Копелиовичем, А.Г. Коссовской, В.Д. Шутовым, Н.Б. Вассоевичем, Н.В. Логвиненко и др. В частности, в работах А.Г. Коссовской и В.Д. Шутова на примере мощных песчано-глинистых толщ от перми до нижнего мела Верхоянского района Восточной Сибири впервые разработано понятие о стадийном характере развития процессов катагенеза и выделены зоны катагенеза, для которых характерно развитие в песчано-глинистых породах определенных цементов и структур. В частности, но мере усиления катагенетического преобразования пород последовательно выделяются: 1) зона неизмененного глинистого цемента мощностью около 500 м; 2) зона хлоритового и хлоритово-кварцевого цемента мощностью около 3 500 м; 3) зона кварцево-регенерационного цемента (кварцитовидных структур) мощностью 4—6 тыс. м; 4) зона кварцево-регенерационного и слюдистого цемента мощностью до 3 000—3 500 м. Породы последней зоны находятся уже на стадии перехода от осадочных образований к метаморфическим. Таким образом, катагенетические процессы охватывают толщу пород, мощность которой составляет около 10 000 м.
Добавлено Serxio 4-03-2017, 15:43 Просмотров: 682
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent