35. Стадии диагенеза в современных морских осадках (по Страхову).

Диагенез осадков, накопившихся в водном бассейне (бассейновых осадков), происходит под постоянным покровом воды и называется субаквальным. Осадок в водном бассейне это рыхлое обводненное тело, богатое микроорганизмами. Состоит из разнородного материала жидкого, твердого и газообразного. Это неуравновешенная и неустойчивая физико-химическая система. Процессы перевода этой системы в устойчивое состояние начинаются сразу же после фиксации частиц на дне.

диагенезе происходит гидрофильная коагуляция дисперсного материала, появляется вязкость, упругость, прочность, наблюдается дегидратация и переход в кристаллическую форму коллоидных соединений. Многообразные биогеохимические превращения, разложение органического вещества продуцируют редукционные (восстановительные) процессы окисных и гидроокисных соединений железа, марганца, других элементов, сульфат-ионов, сопровождаются увеличением роли его связанных форм и появлением углеводородов. Обменные реакции между поглощенным комплексом глинистых минералов и катионами иловых вод меняют минеральный состав и минерализацию поровых растворов. Отмечается уменьшение влажности, пористости, гидрофильности.

С позиций биогеохимии выделяются аэробные и анаэробные процессы. Анаэробная обстановка приводит к деструкции первично захороненных органических соединений при участии микроорганизмов разных классов, в первую очередь сапрофитов (бактерии, грибы). Аэробное разложение органического вещества с потреблением молекулярного кислорода приводит к смене окислительной обстановки на восстановительную.

По представлениям Н. М. Страхова в диагенезе выделяются 3 основных группы процессов:

взаимодействие осадка с наддонной средой;

образование диагенетических (аутигенных) минералов;

процессы перераспределения вещества осадка.

На всем протяжении стадии диагенеза важно уплотнение осадка (литификация) , начинающееся после его перекрытия слоем вышележащих накоплений и продолжающееся в дальнейшем одновременно с перекристаллизацией дегидратацией минералов.

Взаимодействие вещества осадка с наддонной водой происходит вследствие отсутствия физико-химического равновесия состава наддоной воды и осадка из-за идущих в нем (осадке) процессов. При отсутствии доступа свободного кислорода и наличии в осадочном материале органического вещества наступает вспышка деятельности сульфатредуцирующих бактерий. В осадке уменьшается содержание сульфат-ионов, появляется аммиак и метан. Уменьшение содержания сульфат-иона в осадке приводит к миграции его вследствие разности концентраций, из наддонной воды в осадок. Одновременно газы, образовавшиеся в осадке (метан, аммиак и др.), диффундируют в придонную воду. В морях кальцитовые частицы осадка взаимодействуют с морской водой. В результате растворенный в воде магний частично замещает кальций, образуя кальцит магнезиальный. Данные примеры демонстрируют первую группу процессов диагенетических преобразований осадков – их взаимодействие с наддонной водой. Этот обмен компонентами между наддонной водой осадком захватывает осадок на глубину нескольких метров. Отсутствие однозначной трактовки в обозначении границ стадии диагенеза, определяет отнесение рассмотренной группы процессов В. Т. Фроловым к явлениям гальмиролиза – подводного выветривания.

Образование диагенетических минералов составляет вторую группу характерных для диагенеза процессов. Они обусловлены взаимодействием между компонентами осадка, а также вещества осадка с наддонной водой. В результате в отдельных участках водонасыщенного осадка некоторые растворенные соединения достигают предела насыщения, что приводит к образованию новых атигенных диагенетических минералов. Такими минералами являются  лептохлориты; карбонаты железа, марганца; сульфиды железа, меди, свинца, цинка; фосфаты кальция, железа. Таким путем возникает подавляющее число аутигенных минералов. Лишь некоторые из них  (кальцит, опал, галогениды и др.) возникают в стадию седиментогенеза.

После образования основной массы аутигенных минералов в осадке продолжает оставаться пестрота физико-химических условий: кислотности-щелочности, окислительно-восстановительного потенциала, концентраций компонентов. Начинают действовать процессы перераспределения вещества осадка. Отдельные соединения под воздействием разности концентраций (градиент концентраций) начинают мигрировать из участков высоких содержаний в участки, где содержания более низкие. В результате происходит цементация осадка, образование стяжений, конкреций кальцита, сидерита, марказита,опала, фосфорита, а также образование отдельных слойков, обогащенных аутигенными минералами. Многие стяжения диагенетических минералов имеют вид неправильных желваков, ветвистых трубочек.

Н. М. Страхов считает, что для диагенеза характерно сочетание грубой переработки вещества осадка со слабо выраженным общим уплотнением и спорадическим пятнистым окаменением. Средой интенсивного действия процессов диагенеза является иловая вода, насыщающая осадок. По мере его уплотнения происходит обезвоживание и существенное падение интенсивности диагенетических изменений. Иловая вода отжимается в песчаные пласты-коллекторы.

Нельзя не отметить особенности действия микроорганизмов при диагенезе. Микробиологические процессы с участием аэробных и анаэробных организмов признаются в качестве универсального и распространенного механизма постседиментационного превращения осадков, и в первую очередь на стадии диагенеза. Наиболее интенсивна микробиологическая активность в верхнем слое осадка мощностью в нескольких десятков сантиметров.

Общий ход диагенеза будет различным для разных комплексов осадков и для литогенетических типов в пределах комплекса. Установлено, что известняки, доломиты и многие силициты литифицируются, т.е. обезвоживаются, превращаясь в плотные породы быстрее, чем глины. Известковые отложения рифов литифицируются практически одновременно с их образованием. Интересны наблюдения над особенностями проявления диагенеза современных осадков, позволяющие определить нижнюю границу зоны его действия. Во внутриконтинентальных морях до глубин 300-320 м современные отложения сохраняют свойства осадка и имеют неупорядоченную структуру, в ряде прослоев текучую консистенцию с обилием гравитационной воды. Считается, что такое состояние осадка отвечает условиям раннего диагенеза. По мере погружения на глубину (прослеженный интервал составляет 1300 м) устанавливается вертикальная зональность степени проявленности изменений стадии диагенеза. Через зону с начальным проявлением диагенеза (ранний диагенез, интервал 300-320 м) наблюдается переход к зоне четко выраженных диагенетических изменений с переориентацией частиц осадка, образованием стяжений аутигенных минералов. Гравитационная вода присутствует в стабильном состоянии в виде выполнения поровых пространств, не проявляя видимой текучести. Подобная обстановка сохраняется и в нижележащей зоне оформления основных текстурно-структурных признаков и минерального состава формирующейся породы. Поровые воды находятся в состоянии стабильного равновесия с породой, которое еще, однако, отсутствует на отдельных участках. Скорее всего формирование состава пород и поровых растворов заканчивается на глубинах порядка 1000 м в условиях спокойной тектонической обстановки и относительной выдержанности литолого-фациального облика осадков. Давление, как фактор уплотнения, одного из признаков перехода осадка в породу, сказывается на физико-химических условиях процесса диагенеза, обособления воды в поровых пространствах формирующейся и сформированной породы. Именно на указанной глубине (1000 м и более) происходит четкое обособление водной и твердой фаз осадка с изменением той и другой в результате преобразований стадии диагенеза. Это явление окончательного разделения твердой и жидкой фаз осадка можно считать завершением основного комплекса явлений диагенеза. Конечная граница стадии диагенеза для разных пород и бассейнов может отличаться. Преобразование органического вещества, его минерализация – процесс более длительный, нежели изменение минеральной части породы.

Условия диагенетических изменений морских и океанических илов батиальной и абиссальной области характеризуются давлениями порядка 20-30 кг/см2 и выше и температурой 40С. В ходе процесса превращения осадка в породу (субаквальный диагенез) реализуется зависимость структурных и вещественных свойств осадка от характера рельефа дна, его морфоструктурных особенностей и гидродинамической ситуации. Скорость превращения осадков в породу различна. Глинистые илы переходят в глину при погружении на первые десятки метров в течение 1-2 млн. лет. Диагенез океанических осадков протекает еще медленнее.

Таким образом, диагенетические преобразования происходят в осадочных системах за счет энергии самой системы – твердое вещество – газово-жидкий раствор, накопившийся еще при седиментогенезе. Движущей силой являются внутренние противоречия в вещественном составе осадков. Известно, что неравновесная физико-химическая система, согласно законам термодинамики, будет подвергаться изменениям с самопроизвольным высвобождением энергии. Эта энергия определяется изменением энтальпии (ΔH) – величиной противонаправленных сил удержания и разрушения связей атомов, их групп и ионов. В процессе приведения системы в состояние равновесия при постоянном давлении выделяется энергия (ΔF), названая Гиббсом «свободной энергией» (изобарно-изотермический потенциал). Если при этом ΔF реакции величина отрицательная, то процесс идет самопроизвольно, а продукты реакции являются в данной обстановке более устойчивыми, нежели реагенты.

В энергетике зон диагенеза большую роль играет окислительно-восстановительный потенциал, определяемый соотношением масс окислителей (кислород, оксиды, гидроксиды и др.) и восстановителей – сероводород, сульфиды, водород, в первую очередь органическое вещество. Биологические формы выступают в качестве биологических катализаторов и непосредственных участников процессов минералообразования, а концентрация в осадке органического вещества рассматривается как процесс накопления энергии.