1. Уплотнение глинистого материала

Уплотнение глинистого материала начинается ещё в диагенезе, однако в основном этот процесс протекает на стадии катагенеза.

Пористость только что отложившихся глинистых осадков составляет 70–90 %. (Для сравнения — начальная пористость песков 30–50 %). Темп сокращения пористости уплотняющегося глинистого ила существенно зависит от глубины седиментационного водоёма и скорости осадконакопления, определяющих действие взвешивающего эффекта столба воды. На рисунке хорошо видно, что одна и та же величина пористости (60 %) достигается для осадков Цюрихского озера и Черного моря уже на первом десятке метров погружения, а для пелагической (глубоководной) глины центральной части Тихого океана — на глубинах свыше 200 м. Для условий неглубокого эпиконтинентального моря первичная пористость глин падает вдвое уже на глубинах в несколько сотен метров (при давлении около 5 МПа). В дальнейшем темп сокращения объёма порового пространства замедляется, и, несмотря на то, что характер уплотнения каждой глинистой толщи имеет свои особенности, кривые глубинного распределения пористости глинистых комплексов разных бассейнов весьма схожи (рисунок). В глубоких зонах осадочного чехла пористость глинистых пород снижается до 3–8 %.

Темп и степень уплотнения глинистых пород существенно зависит от их состава. Например, для межсолевых карбонатно–глинистых отложений сравнивалась теснота связи между открытой пористостью (этот вид пористости включает в себя объём связанных между собой пор) и глубиной залегания (т.е. фактически величиной нагрузки) глинистых мергелей (50–75 % глинистого материала, остальное — карбонатное вещество), мергелей (25–50 %) и глинистых известняков (< 25 %). Коэффициент корреляции между открытой пористостью и глубиной залегания оказался равным: для глинистых мергелей –0,7, для мергелей — –0,5, для глинистых известняков — –0,4. Эти данные показывают, что для карбонатного вещества, в отличие от глинистого, существуют механизмы уплотнения, отличные от тех, что характерны для глин (наверное, это химические процессы цементации порового пространства).

Впрочем, процесс уплотнения и глинистых отложений не так прост и не ограничивается механическим (гравитационным) сжатием под действием нагрузки вышележащих пластов. Лабораторные опыты показывают, что простое, механическое, уплотнение пород в экспериментальных условиях не способно обеспечить столь низких значений пористости, которые, как правило, встречаются в глубоких зонах осадочно–породных бассейнов (таблица). Простое, гравитационное, уплотнение характерно для глин на этапе начального катагенеза. Здесь глинистые минералы изменяются слабо. Затем, на этапе глубинного катагенеза начинается активная перестройка глинистых минералов, главным процессом которой является образование гидрослюды, которая, будучи по своей структуре слюдистым минералом, обладает бульшей способностью к плотной укладке по сравнению с другими глинистыми минералами. Это приводит к интенсификации уплотнения глинистых пород и превращению глин (пластичных пород, хорошо размокающих в воде) сначала в аргиллитоподобные глины (размокающие в воде в течение 10–12 часов), а затем в аргиллиты (хрупкие породы, неразмокающие в воде). В ходе этого процесса увеличивается объёмная плотность глинистых пород: так, межсолевые девонские глинистые породы Припятского прогиба на глубине около 1200 м имеют объёмную плотность 2,28–2,31 г/см³, а на глубине 3200 м — 2,46–2,51 г/см³. В ходе процесса аргиллитизации глины теряют свои сорбционные свойства, что выражается в снижении величины обменной ёмкости. (содержания поглощённых катионов) и уменьшении количества микроэлементов.