Под диагенезом
(греч. "диагенезис" - перерождение)
понимается изменение осадков, их перерождение и
превращение в осадочные горные породы. Как было
сказано, осадки Мирового океана образуются в
различных климатических и гидродинамических
условиях. Первичный рыхлый морской осадок в
большинстве случаев представляет
многокомпонентную систему, в состав которой
могут входить: иловые частицы; химически осажденные
соединения; органические вещества; реликтовые
(остаточные) воды, заполняющие поры. Кроме того, в
определенных условиях возможны примеси
пирокластического материала. В целом морской
осадок является разнородной смесью
реакционноспособных соединений.
 |
Рис.10. 11.
Схема диагенеза (по Н.М. Страхову) |
При этом равновесие отсутствует как
между разнородными частицами осадка, так и у
частиц осадка с придонными водами океана. Уже в
самой начальной стадии существования осадка
начинается взаимодействие отдельных его частей
друг с другом, с остаточными иловыми водами и
средой их накопления.
По данным Н.М. Страхова, в
преобразовании осадков в горные породы
участвуют многие факторы (рис. 10.11).
1. Высокая
влажность осадков, имеющая огромное значение в
перераспределении отдельных элементов в осадке
и обусловливающая диффузное перемещение
вещества в вертикальном и горизонтальном
направлениях, что способствует взаимодействию
различных составляющих и образованию новых
диагенетических минералов.
2. Наличие
многочисленных бактерий, главная масса которых
сосредоточена в верхних первых сантиметрах
осадков. Бактерии играют различную роль в
преобразовании вещества. В одних случаях они
разлагают углеводороды и органические
соединения, создают новые реактивы и изменяют
химизм среды. В результате деятельности
различных бактерий происходят сложные процессы
- окисление закисных соединений и чаще,
наоборот, перевод окисных соединений в закисные.
В других случаях бактерии служат главным
источником накопления органического вещества в
верхней части слоя.
3. Иловые
растворы воды, пропитывающие осадок, существенно
отличаются от состава наддонной воды океана
более высокой минерализацией, уменьшенным
содержанием сульфатного иона, присутствием
железа, марганца и других элементов. Различие
состава иловых растворов и придонной океанской
воды вызывает обмен веществ между ними. При
большой концентрации ряда веществ в иловых
растворах в осадке образуются новые
диагенетические минералы.
4. Органическое
вещество, большое скопление которого в осадке
вызывает дефицит кислорода, появление
углекислого газа и сероводорода, т. е. создает
восстановительные условия.
5. Окислительно-восстановительный
потенциал зависит от содержания органического
вещества и от гранулометрического состава
осадка. В мелководных зонах, где преобладают
хорошо водопроницаемые пески с отсутствием или
ничтожным содержанием органического вещества,
создаются окислительные условия среды,
наблюдающиеся и в глубине осадка. В этом случае
возможны единичные новообразования гидроксидов
железа или бурых корок вокруг зерен песка. В
более глубоководных тонких илах, богатых
органическим веществом и бактериями,
окислительные или нейтральные условия создаются
лишь в самой верхней части осадка мощностью
около 10-15 (20) см, с которой связано образование
гидроксидов железа и марганца, ниже
располагается восстановительная зона, где
возможно образование серного колчедана (пирита).
В результате сложные и длительные процессы
диагенеза приводят, в конце концов, к превращению
осадков в горные породы.
К главным изменениям осадков при
диагенезе могут быть отнесены:
1. Обезвоживание
и уплотнение, возникающие под давлением накопившихся
новых слоев осадка.
2. Цементация, происходящая из-за
наличия различных химических соединений,
заполняющих поры и пустоты и цементирующих
частицы осадка. Цементирующими веществами чаще
всего являются кремнезем, оксиды железа,
карбонаты и другие, что в ряде случаев находит
отражение в названиях горных пород, например
железистый песчаник, известковистый песчаник и
т. п.
3. Кристаллизация
и перекристаллизация, особенно проявляющиеся в
мелкозернистых и иловых хемогенных и
органогенных осадках, состоящих из легко
растворимых минералов. Это может приводить к
переходу опала в халцедон, а затем кварц. Из
аморфных гелей образуются кристаллические формы
глинистых и других минералов. Очень быстрая
кристаллизация характерна для органической
основы коралловых рифов, преобразующейся в
кристаллические известняки.
4. Образование
конкреций. В
процессе диагенеза формируются различные
новообразования, отличающиеся друг от друга по
составу и форме нахождения. Некоторые из них
бывают рассеяны по всей толще осадка, например
глауконит, пирит, сидерит и другие минералы. Но
часто новообразования концентрируются вокруг
каких-либо центров и образуют конкреции
шаровидной, почковидной, лапчатой, вытянутой
формы. Размеры их от нескольких миллиметров до
больших конкреционных линз, протягивающихся на
несколько метров. При значительной концентрации
фосфорных, железистых и других конкреций они
становятся объектом промышленных разработок.
Всю совокупность сложных процессов
образования осадков (седиментогенез) и осадочных
горных пород (диагенез) Н.М. Страхов предложил
называть литогенезом (греч. "литос"
- камень), являющимся объектом изучения науки
"литология".
 |
Рис. 10.12. Диаграмма
изменения пористости и объемной массы глин в
зависимости от глубины их погружения (по Н.Б.
Вассоевичу) |
К последиагенетическим изменениям
осадочных горных пород относятся: катагенез (греч. "ката" -
вниз); метагенез (греч" "мета"
- после); гипергенез (выветривание). Одним из
важнейших факторов, определяющим
последиагенетические изменения горных пород,
является различная направленность и характер
тектонических движений земной коры.
Под катагенезом
понимаются процессы, протекающие при прогибании
территории, когда горные породы оказываются
погруженными на значительные глубины, где
испытывают влияние повышенных давлений и
температур, а также минерализованных подземных
вод. Чем больше температура и давление
вышележащих слоев, тем больше происходят
уплотнение и изменение осадочных горных пород.
Особенно большое уплотнение наблюдается в
глинах. При прогибании до 4,5-5,0 км пористость
глин изменяется от 49-50 % (изначальная) до 5 % и
менее (рис. 10.12) и они превращаются
в аргиллиты. Высокие температура и давление, и
наличие минерализованных вод способствуют
процессам растворения, образованию новых
вторичных минералов, частичной
перекристаллизации вещества. Существенные
преобразования претерпевает органическое
вещество.
В условиях катагенеза образуется
каменный уголь высокой степени преобразования
(углефикации), содержащий до 82-90 % углерода и
антрацит-свыше 95 %. Со средними и поздними
стадиями катагенеза Н. Б. Вассоевич и другие
исследователи связывают образование нефти и
газа за счет планктонных животных и растительных
организмов. Некоторые углеводороды в рассеянном
виде образуются из органического вещества еще в
осадках на дне водоемов при их захоронении и
последующем диагенезе. Подтверждаются слова В.И.
Вернадского о том, что "нефть зарождается в
самом живом веществе".
 |
Рис. 10.13. Структуры,
благоприятные для скопления нефти и газа |
Установлено, что больше всего
микронефти находится в горных породах,
формировавшихся в восстановительной обстановке
и содержащих сапропелевое вещество. Такие
породы, обогащенные сапропелевым веществом,
называются, возможно, нефтематеринскими. Это
преимущественно глинистые и алевритоглинистые
породы, местами мергелистые и др. Образование
собственно нефти и ее крупных скоплений возможно
при значительном тектоническом прогибании
земной коры, сопровождающемся накоплением новых
мощных осадков, захороняющих прежние. В позднем
катагенезе, когда нефтематеринские породы
оказываются на глубинах 3 - 4 км, в условиях
повышенных давлений и температур (80-150 o)
происходят выжимание и миграция углеводородов в хорошо проницаемые песчаные или
трещиноватые горные породы, называемые коллекторами (лат. "коллектор" - собирающий).
Такая миграция происходит до встречи с
водонепроницаемыми породами, под которыми при
благоприятных условиях накапливается нефть,
формируются залежи. Места скопления нефти
называются ловушками. Они могут
возникать при различных условиях залегания
горных пород: в свободной части антиклинальных
складок, при моноклинальном залегании и др.
Некоторые из них показаны на рис. 10.13.
Углеводородные газы возникают из того же
органического вещества, сопутствуя и завершая
образование нефти. Они также мигрируют в
коллекторе и накапливаются в ловушках.
Под метагенезом понимаются дальнейшие
преобразования горных пород, близкие к начальным
стадиям метаморфизма. Они протекают, когда
горные породы оказываются на большей глубине и
при более высоких температурах. По данным Н.В. Логвиненко, метагенез в
геосинклинальных областях происходит при
мощности осадочной толщи свыше 7 - 8 км,
вызывающей высокое давление при температуре 200 -
300o и наличии минерализованных растворов. В этих
условиях протекают процессы растворения,
перекристаллизации, взаимодействия
циркулирующих растворов и минералов, в
результате происходит метасоматоз - процесс
замещения одних минералов и горных пород
другими. В стадии метагенеза образуются
глинистые сланцы, кремнистые сланцы,
кварцитовидные песчаники и др.
В заключение следует отметить
значительную длительность катагенетических и
метагенетических процессов во времени. Здесь
рассмотрены диагенез, катагенез и метагенез
применительно к морским осадкам, но такие же
явления имеют место и в других осадках,
оказывающихся в соответствующих условиях.
Под гипергенезом
понимаются изменения,
происходящие с горными породами, приподнятыми к
поверхности в результате тектонических
движений. В этом случае они подвергаются
интенсивным процессам выветривания, или
гипергенеза, направленность и результаты
которых изложены в гл. 4.
|
