3.5.3. Диагенез

Диагенез карбонатных осадков – это сложное, обычно многоактное явление. В нем можно выделить: перекристаллизацию карбонатных минералов, сопровождающююся структурными преобразованиями пород; появление новых аутигенных карбонатных минералов и их перекристаллизацию; появление новых аутигенных некарбонатных минералов (глауконита, фосфатов, гидроокисных соединений железа и др.); растворение при этом нередко неоднократное.

Перекристаллизация. Первоначально осадок имеет пелитоморфную или органогенную структуру. В диагенезе седиментогенные карбонатные минералы подвергаются перекристаллизации, замещению кальцитом, сопровождающегося увеличением их размеров. В первично пористых и проницаемых органогенных, обломочных и оолитовых илах возникают кальцитовые щетки и крустификационный цемент, а также регенерационные каймы вокруг скелетных остатков организмов, обломков карбонатных пород и оолитов.

Особенности литификации и цементации карбонатных пород в значительной степени обусловлены обстановками седиментации.

В надприливной полосе теплых морей выше обычного уровня прилива и выше зеркала грунтовых вод часто формируются пляжные пески, состоящие из арагонитовых и высокомагнезиально-кальциевых скелетных обломков и контактового, контактово-порового, порово-базального цемента, сложенного микрозернистым и пелитоморфным магнезиальным кальцитом с некоторой примесью арагонита. Цементация происходит в результате потери углекислоты морской водой, поступающей в песок заплеском волн.

В приливно-отливной (литоральной) и сублиторальной зоне также происходит интенсивная литификация карбонатных осадков, которая здесь идет под влиянием периодического осушения осадков, смешения морских вод с пресными и под влиянием бактериально-водорослевой активности и биохимических процессов. Осадки здесь цементируются шестоватым высокомагнезиальным кальцитом, нередко в межзерновых пространствах возникает игольчатый арагонит и образуются корочки магнезиально-кальцитового микрита биогенного происхождения. В карбонатных осадках теплых морей установлен ряд нарастающей устойчивости карбоната кальция: высокомагнезиальный кальцит – арагонит – низкомагнезиальный (обычный) кальцит. В дальнейшем арагонит переходит в кальцит в твердой фазе (перекристаллизация), а высокомагнезиальный кальцит – в кальцит с образованием некоторого количества доломита. При погружении и перекрывании новыми порциями осадков, наряду с перекристаллизацией, идет доломитизация.

Карбонатные осадки ложа океана (фораминиферовые илы и др.) в большинстве случаев остаются рыхлыми. Однако во многих местах глубоководного карбонатонакопления обнаружена подводная приповерхностная литификация. Литифицированные илы обнаружены на глубинах 200-300 м и содержат высокомагнезиальный кальцит и доломит. Цементация и литификация карбонатных осадков на морском дне и образование плотной известковой корки – явление закономерное и не зависимое от глубины. Определяется оно, прежде всего, замедлением или временной приостановкой осадконакопления. Параллельно идет насыщение карбонатов магнием, что при дальнейшей стабилизации минерального состава выливается в кристаллизацию доломита. Минеральная стабилизация цементированных метастабильными минералами осадков влечет их перекристаллизацию. Изменение физико-химических параметров водного режима ведет к перемежаемости прослоев, испытавших и неиспытавших поверхностную литификацию.

Диагенетические изменения рифовых построек проявляются в цементации, сопровождающейся явлениями растворения и переотложения карбонатов, трансформацией минерального состава и сменой генераций карбонатного цемента. Цементация рифового каркаса происходит в подводных условиях и осуществляется довольно быстро. Цемент представлен игольчатым агрегатом и в меньшем количестве – высокомагнезиальным кальцитом, причем арагонит кристаллизуется на поверхности кораллов, а кальцит тяготеет к остаткам водорослей. В коралловых рифах формирование твердой породы – первая стадия диагенетических превращений. Кроме того, происходит трансформация метастабильных минералов в стабильные, что ведет к частичной или полной перекристаллизации и доломитизации известняков. В рифовых постройках особенно интенсивно идут изменения под влиянием пресных вод, что выражается в полном растворении арагонитового материала, широком развитии микрозернистого кальцитового цемента и перекристаллизации коралловых скелетов. В тех случаях, когда в известняке состав поровых вод приближается к морскому степень преобразования пород резко снижается.

В результате диагенетической перекристаллизации и доломитизации разрушается слоистая текстура осадочной толщи; деструктурируются и исчезают скелетные остатки; меняется микроэлементный состав цементирующих минералов. Последние могут насыщаться некоторыми элементами, входящими в кристаллическую решетку карбонатных минералов, могут и обедняться ими.

В процессе диагенеза появляются новые аутигенные карбонатные минералы и происходит их перекристаллизация. Так арагонит переходит в кальцит; высокомагнезиальный кальцит (с МgСО3 > 8%) – в кальцит, арагонит и доломит. Существует несколько карбонатно-минеральных рядов преобразования: арагонит – магнезиальный кальцит (с МgСО3 от 3-8%); арагонит – низкомагнезиальный кальцит (с МgСО3 до 3 %); магнезиальный кальцит – высокомагнезиальный кальцит.

В процессе диагенеза происходит появление новых аутигенных некарбонатных минералов. Они образуют последовательные парагенетические ряды. Так гидрослюды железа образуют "рубашки" на обломочных частицах и органических остатках, фосфаты кальция образуют выделения неправильной округлой формы, анатаз выделяется в виде мелких кристаллов, глауконит появляется в полостях скелетных остатков (камеры фораминифер, каналы иглокожих). Глауконит также образует неправильной формы зерна со следами коллоидных структур. Аутигенный пирит имеет различные формы выделения: скопления, приуроченные к остаткам организмов и растительным тканям, а также к глинистым прослоям, обогащенным органическим веществом; отдельные зерна и агрегаты, неравномерно рассеянные в карбонатной массе, а также в раковинах фораминифер и других организмов.

В процессе диагенеза известны случаи растворения карбонатного материала. Об этом свидетельствуют следы выщелачивания органических остатков и оолитов, позже покрытых крустификационными щетками. По-видимому, причиной растворения карбонатного материала было понижение рН поровых вод за счет углекислоты, выделившейся в результате жизнедеятельности организмов.

Все диагенетические преобразования, в целом, ведут к литификации осадка, и в общем случае – к превращению его в твердую горную породу.