Краткий курс литологии

щин синерезпса (в септариях), заполненных минералами более поздней генерации и т. д.

Рис. 5.2. Соот11оIJ Iс1111я конкреции со слоистостью вмещающих пород:

а жесткое ядро конкреции, сформированное до начала существенного уп­ лотнения вмещающих пород в диагенезе; б — вещество конкреции, «нало­ женное» на существенно уплотненные породы (формирование конкреции про­ исходило после уплотнения пород, в катагенезе)

Процессы взаимодействия осадка с паддопной водой, аутигенпого минералообразования и перераспределения вещества проте­ кают в осадке более или менее одновременно, перекрывая друг друга во времени и создавая чрезвычайно сложную картину физи­ ко-химического формирования облика будущей породы.

Активное влияние живых микроорганизмов, населяющих оса­ док, не распространяется глубже нескольких десятков сантиметров, так как установлено, что при содержании в самом верхнем слое осадка до нескольких миллионов микроорганизмов на 1 г осадка уже в 10—20 см от поверхности их содержание снижается в 100 я более раз (табл. 5.1).

Однако с прекращением жизнедеятельности микроорганизмов влияние органического вещества, рассеянного и разлагающегося s осадке, продолжается, способствуя течению различных химических реакций т. е. аутигенпому минералообразовашпо. Средой, в кото­ рой происходят все вышеперечисленные процессы, является иловая нота насыщающая осадок, поэтому в ходе его уплотнения и обез­ воживания происходит снижение интенсивности всех процессов анагенеза Объем глинистых осадков при их уплотнении значитель­ но меняется и большие массы иловых вод с растворенными в них

соединениями выжимаются из глинистых в соседние пористые пес­ чано-алевритовые пласты.

Как уже отмечалось, свежий илистый осадок, накапливающий­ ся па дне водоема, на 85—95% состоит из воды и имеет жидкую консистенцию. Однако уже на глубине первых десятков сантимет­ ров от поверхности дна влажность и пористость глинистого осадка снижаются до 65—70%• Дегидратация и начало уплотнения осадка происходят за счет развития процессов старения и распада суб­ коллоидной системы глинистого ила, представляющего собой гид­

продолжается уменьшение влажности п пористости осадка. Изме­ няются его физико-механические свойства: уплотненность, пластич­ ность, прочность. Исследование разреза глин верхпепеогенового и четвертичного возраста, вскрытых скважинами, пробуренными в прибрежной части Каспийского моря, южнее г. Баку, показало, что значительное уменьшение пористости глинистого осадка происхо­ дит уже при погружении его на 8—10 м под уровень дна бассейна (рис. 5.3).

Изучение физико-механических свойств глинистых пород этого разреза, имеющих мощность более 1000 м, позволило выделить несколько зон, фиксирующих стадию диагенеза, т. е. перехода гли­ нистого осадка в осадочную породу — глину, а также начало сле­ дующего этапа — существования осадочной породы, или катагене­ за. В пределах первой зоны (0—10 м) пористость осадка снижает­ ся до 48—50%. Осадок постепенно переходит из неуплотненного, жидкотекучего состояния в малоуплотненное, мягкопластичное. Показатель пластической прочности осадка изменяется от 0 до 1,43 кг/см2. Работами И. М. Горьковой показано, что дегидратация и уплотнение, начавшиеся еще в полужидком осадке, протекают и в пределах первых метров ниже дна бассейна, в основном в форме самопроизвольного распада (синерезиса) субколлоидпой системы глинистого ила с отделением воды как среды, так как роль литостатического давления (веса вышележащих осадков) как уплотни­ теля при их незначительной мощности является ничтожной.

Во второй зоне, па глубинах от 10 до 70—80 м ниже уровня дна, по-видимому, и происходит собственно формирование осадочной породы — глины. Образцы керна здесь находятся в мягкопластич­ ном и пластичном, мало- и среднеуплотненном состоянии. Пори­ стость по разрезу от 10 до 70—80 м уменьшается в среднем при­ мерно от 50 до 40%. Пластическая прочность образцов 'возрастает от 2,5 до 5,5 кг/см2.

Таким образом, с точки зрения физико-механических парамет­ ров глинистые осадки геологически довольно быстро, не более чем за 1—2 млн лет, при погружении на первые десятки метров под уровень дна бассейна переходят в осадочные породы — глины.

На глубинах, превышающих 70—80 м (иногда до 110—1200 м), ниже уровня морского дна в зоне катагенеза, т. е. существования уже сформировавшихся глин, происходит постепенное увеличение

Рис. 5.3. Изменение физико-механических свойств глинистых образований в процессе их литификации (по данным И. Г 1<о- робапова и др., 1965):

/ — зона диагенеза — первичной дегидратации (обезвоживания) осад­ ка под влиянием сиперезпса субколлоидной системы глинистого ила; II — зона диагенеза — постепенного снижения влажности и пористо­ сти глинистой массы при низком значении предела прочности; III —

степени уплотнения и обезвоживания пород. Их пористость (при­ мерно 40%) на глубине 70—80 м уменьшается до 20% на глубине 1200 м. Породы приобретают твердую консистенцию, их прочность достигает 60 кг/см2.

Такая схема перехода осадка в осадочную породу характерна для относительно мелководных эпиплатформенных морских бас­ сейнов и крупных озерных водоемов; она подтверждена исследова­ ниями Н. М. Страхова, В. А. Вебера, А. Б. Ронова и других геоло­ гов.

По мнению ряда исследователей, диагенез осадков, накапли­ вающихся в глубоководных впадинах океанов, протекает значи­ тельно медленнее. Это связывают с влиянием так называемого взвешивающего эффекта, состоящего в том, что при больших глу­ бинах водоема гидростатическое давление воды в порах осадков при погружении их ниже уровня дна будет намного превышать

литостатическое давление, передающееся через контакты твердых частиц и возникающее за счет веса вышележащих осадков. При этом не будет происходить отжимания воды из осадков, они дли­ тельное время остаются неуплотненными, водонасыщенными, так как основными процессами уплотнения в данном случае являются

статическое давление, равное 2,6 кг/см2. Поэтому в толще осадка при погружении его на 100 м ниже уровня дна бассейна в прибреж­ ной зоне на глубине 10 м гидростатическое давление составляет 11,0 кг/см2, а литостатическое — 26,0 кг/см2. В океанической впа­ дине на глубине 5 000 м эти давления будут соответственно 510,0 и 26,0 кг/см2. Механического «выжимания» воды из осадка в этом случае не происходит (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Соотношение гидростатического и литостатического давлений в осадке при погружении его на 100 м ниже уровня дна бассейна в прибрежной зоне (точка А) и в области абис­ сальных глубин (точка В):

Н. В. Логвиненко приводит сведения о том, что в экваториаль­ ной части Тихого океана, имеющей глубину около 5 500 м, скважи­ ной, пробуренной со специального корабля, была вскрыта так на­ зываемая красная глубоководная глина мощностью 200 м. Возраст образцов из нижней части разреза был определен как пижнемело вой. При этом пористость (влажность) образцов, по данным Н. В. Логвиненко, изменяется незначительно — от 90% в верхней части разреза до 71% в нижней, а плотность — от 1,15 до 1,63 г/см4

соответственно. Таким образом, осадки, залегающие под дном океанов, остаются рыхлыми, слабоуплотнеиными в течение десят^ ков миллионов лет.

Рассматривая процессы диагенеза в целом, можно сказать, что для наиболее распространенных в осадочных толщах глинистых образований они представляют собой неразрывное единство физи­ ко-химических и физико-механических процессов. Первые состав­ ляют сущность химического «уравновешивания» осадка как реак­ ционно-активной системы, вторые ведут к дегидратации, уплотне­ нию, структурированию осадка как субколлоидиой системы. В ито­ ге жидкие и полужидкие осадки (глинистые илы) превращаются в достаточно плотные осадочные породы — глины. Эти процессы могут реализоваться при погружении осадка па первые десятки метров под уровень дна бассейна в течение первых сотен тысяч лет (до 1—2 млн лет) в условиях относительно мелководных бассейнов, а могут растягиваться на десятки миллионов лет и захватывать, по крайней мере, первые сотни метров толщи осадков под дном глубоководных абиссальных впадин океанов.

Иначе может протекать диагенез других типов осадков. Так, песчаные осадки резко обеднены органическим веществом — сти­ мулятором процессов диагенеза. Они почти не уплотняются при погружении в глубь земли, сохраняя свою более или менее значи­ тельную пористость. Процессы аутигеиного минералообразования в таких осадках во многом определяются, по-видимому, взаимодей­ ствием захороненных в осадке морских вод и иловых растворов, поступающих в песчаные пласты из уплотняющихся глинистых ин­ тервалов разреза.

Известны случаи, когда песчаные осадки практически не испы­ тывают литификации (цементации) при погружении в глубь зем­ ли. При поисках и разведке нефтяных месторождений скважины па достаточно больших глубинах (до 1000 м) вскрывают рыхлые пески, например нефтеносные неогеновые пески Грозненского райо­ на в Предкавказье и районов Апшеронского полуострова. Рыхлые пески встречаются в разрезах палеогеновых, мезозойских и даже палеозойских отложений Русской платформы, а также других районов мира. Оценивая эти факты, А. В. Копелиович подчерки­ вал, что литификация как критерий перехода осадка в породу неприменима к песчаным образованиям, для которых диагенез в случае ее отсутствия представляется крайне неопределенным поня­ тием.

Для многих карбонатных осадков, например рифовых извест­ няков, отсутствует этап существования рыхлого обводненного осад­ ка. В результате жизнедеятельности организмов формируется не осадок, а массивная горная порода — рифовый известняк.

Анализируя процессы диагенеза карбонатных осадков, Н. В. Логвиненко пришел к выводу, что в мелководных прибреж­ ных зонах морей и океанов, особенно в областях теплого климата, часто наблюдается быстрая литификация осадков. В ряде случаев современные сцементированные карбонатные корки образуются на

поверхности дна. Они обнаружены \\г дне Атлантического океана на глубине до нескольких сотен метров

Однако карбонатные фораминиферовые и кокколитовые илы в глубоководных абиссальных впадинах океанов в большинстве слу­ чаев являются неконсолидированными осадками. Их переход в осадочные породы (известняки) аналогичен переходу глинистых илов в глины.

Процессы диагенеза осадков сульфитных и хлоридных солей кальция, натрия, магния и калия сводится в основном к перекри­ сталлизации осадка и некоторым обменным реакциям.

Во многом неразработанными остаются вопросы диагенеза кон­ тинентальных осадков, образующихся в субаэральиых условиях, например моренных отложений и лёссов. Н. М. Страхов считал, что диагенез ледниковых субаэральиых осадков происходит под влиянием кислорода воздуха и проникающих в осадки с поверхно­ сти атмосферных осадков, т. е. направлен сверху вниз, постепенно захватывая все более глубокие зоны моренных отложений.

М. С. Швецов предлагал выделить диагенез осадков в субаэральных условиях в особый процесс — экзодиагепез.

Вопросы и упражнения

1.В чем состоит процесс диагенеза с точки зрения физико-механических и физико-химических преобразований осадка?

2.Дайте характеристику трех основных групп процессов, протекающих в

осадке в ходе диагенеза, которые выделяются И. М. Страховым.

3. Чем объясняется уплотнение и обезвоживание глинистого ила па началь­ ной стадии диагенеза при его погружении на глубину 8—-10 м под уровень дна бассейна?

4. Определите, какое количество иловых растворов покидает массу глини­ стого осадка при его уплотнении и переходе в глину в процессе погружения от 5 до 70—80 м под давлением веса накапливающихся новых осадков. Пло­ щадь распространения осадков — ЮХЮ км; мощность — Юм. (Воспользуйтесь рис. 5.3.)

5. С помощью рис. 5.4 объясните, почему осадки, накапливающиеся на дне глубоководных океанических впадин, остаются рыхлыми, пеуплотпенпыми даже при погружении на 100—200 м и более ниже уровня дна океана, а их диагенез может растягиваться на десятки миллионов лет.

6. Чем отличаются процессы диагенеза песчаных осадков от диагенеза гли­ нистых илов?

Гла ва 6

КАТАГЕНЕЗ — ЭТАП СУЩЕСТВОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД В ЛИТОСФЕРЕ

Осадочные породы, сформированные из осадков процессами диагенеза, продолжают изменяться, приспосабливаясь к непрерыв­ но изменяющимся термодинамическим условиям, господствующим в земной коре. В условиях продолжающегося осадкопакоплепия, погружаясь на все большую глубину под толщи новых осадкой, осадочные породы испытывают влияние увеличивающихся давле-

йрй складкообразовании аргиллиты могут приобретать более илй менее выраженную сланцеватость. В этих случаях мы говорим о сланцеватых аргиллитах.

Изучение характера уплотнения глинистых пород на больших глубинах при поисках нефтяных месторождений показывает, чго пористость пород от нескольких десятков процентов в приповерх­ ностных 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

будет выжато 3,5 млрд м3 воды с растворенными в ней различны­ ми реакционно-активными соединениями.

Увеличение давлений и температур и движение поровых раство­ ров внутри пород из более уплотняющихся глинистых пород в ме­ нее 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 устойчи­ вых в изменившихся условиях минералов в более устойчивые; а также коррозия, замещение, перекристаллизация и другие процес­ сы, приводящие в ряде случаев к радикальному преобразованию не только структурно-текстурного, по и минералогического облика пород.

Исследование несколькими поколениями геологов осадочных по­ род показало, что в процессах катагенеза в них происходит фор­ мирование минералов почти всех групп, за исключением, может быть, таких, которые формируются в наиболее жестких термодина­ мических условиях (оливины, пироксены, амфиболы, гранаты и не­ которые другие) Наиболее распространенными минералами, обра­ зующимися в процессах катагенетического изменения осадочных пород, являются следующие:

1. Группа кремнеземаопял^х^лпр/тон кварц.

2. Группа карбонатов: кальцит, доломит, анкериты, сидерит

идр.

3.Группа сульфидов: пирит, марказит, галенит, сфалерит, халь­ копирит и др.

4.Группа сульфатов: гипс, ангидрит, барит, целестин.

5.Группа силикатов: