13.5. Глубоководная зона

Диагенез осадков этой зоны наименее доступен для изучения. Однако материалы глубоководного бурения дают возможность говорить о двух резко различных случаях литификации отложений.

П

Рис. 23.  Схема воздействия рассолов испарения на плейстоценовые карбонатные отложения клифа Мэй, о-в Сан-Андрес (по М. Косэко):

1 — направление движения рассолов; 2 — направление движения метеорных вод

риповерхностная подводная литификация.Более чем в 30 районах Средиземного моря и Атлантического океана с мощностью водной толщи от 200 до 3500 м отмечены литифицированные у самой поверхности дна глобигериновые илы. Они представлены микрозернистым карбонатом, содержащим в своем составе высокомагнезиальный кальцит и доломит. Установлено, что цементация и литификация карбонатных осадков на морском дне с образованием плотной известковой корки, покрывающей рыхлые и обводненные осадки, вызваны прежде всего замедлением или временной остановкой осадконакопления. Параллельно с литификацией идет процесс превращения метастабильного высокомагнезиального кальцита в доломит.

Затяжная литификация.Этот случай присущ наиболее глубоким частям океанической пелагиали, где влияние источников сноса практически никак не сказывается на ходе осадконакопления.

Надо иметь в виду, что в связи с физико-химическими причинами (давление, температура, концентрация углекислоты в водной толще) ниже определенной глубины карбонатные осадки не накапливаются. Эта, так называемая критическая глубина карбонатонакопления (или лизоклин), в Тихом океане колеблется в интервале 4000—5100 м, в Индийском — 4500—5100 м, в Атлантическом — 3650—6000 м.

В пелагических областях глубоководного карбонатонакопления протекает медленная литификация осадков при движении вниз по разрезу, и их превращение в плотные породы происходит на очень больших глубинах от дна океана. Например, в скважине глубиной 1172 м, пробуренной на поднятии Магеллана в Тихом океане через пелагические карбонатные отложения, литифицированные известняки начались лишь с глубины 825 м. По мере превращения пелагических известковых илов в известняки остатки микрофауны и нанопланктона частично растворяются, теряют свою структуру и преобразуются в пелитоморфный карбонат, пронизанный кристаллами кальцита разного размера.

14. Диагенез эвапоритовых осадков

Поскольку геология эвапоритовых отложений — это отдельная и большая область исследований, работа в которой требует специфических знаний сложных законов растворимости большого числа разноообразных минералов в весьма концентрированных водно-солевых растворах, отметим лишь самое главное, что отражает специфику диагенеза эвапоритовых отложений.

Напомним, что слово “эвапориты” означает продукты испарения, а процесс накопления эвапоритов называется галогенезом. В результате этого процесса образуются жидкие и твердые продукты: высокоминерализованные рассолы и разнообразные минералы. К последним относятся ангидрит (СаSO₄), гипс (CaSO₄·2H₂O), галит (NaCl), сильвин (KCl), карналлит (KMgCl₃·6H₂O), бишофит (MgCl₂·6H₂O), тахгидрит (CaMg₂Cl₆·12H₂O), мирабилит (Na₂SO₄·10H₂O), лангбейнит [K₂Mg₂(SO₄)₃], кизерит (MgSO₄·H₂O), тенардит (Na₂SO₄), эпсомит (MgSO₄·7H₂O), шортит (Na₂CO₃), нахколит (NaHCO₃), трона (Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O) и многие другие. Эвапоритовые минералы начинают кристаллизоваться по достижении неко­торой пороговой минерализации рассола, или определенной стадии его концентрирования (сгущения). Например, выпадение гипса начинается при общей минерализации рассола примерно 140—150 г/л, галита — при 280—300 г/л, а сильвина — при 380 г/л.

Из-за высокой способности к растворению и повторному осаждению эвапоритовые минералы уже в диагенезе подвергаются крупномасштабным и часто очень сложным изменениям. Нередко трудно определить, какие минералы изучаемой породы осадились в процессе седиментации, а какие образовались на стадии диагенеза или катагенеза.

Соляные и сульфатные осадки обладают высокой первичной пористостью (50 %). Поры заполнены межкристальной рапой, т. е. тем высокоминерализованным рассолом, из которого выпадал осадок на поверхности и который захоронился вместе с осадком. Соляной осадок представляет собой систему, которая довольно легко уплотняется. Однако главным фактором литификации солей является не механическое (гравитационное) уплотнение, а образование скелетно-каркасных связей между кристаллами соляных минералов, которые выпадают в порах осадка, образуя цемент. Количество новообразованного диагенетического материала может быть весьма велико. Например, при формировании отложений каменной соли 30—60 % всего галита образуется в результате диагенетической докристаллизации.

Какие же причины кристаллизации и растворения минералов в соляном осадке? В нем захороняется рассол, из которого выпадал осадок на поверхности. Поэтому иловый рассол изначально находится в равновесии с осадком, но оно может нарушиться по ряду причин.

В только что выпавший соляной осадок могут поступить растворы иного состава и иной минерализации по сравнению с имеющимися в осадке. Это нередко происходит в результате кратковременного и незначительного опреснения бассейна галогенеза. О существовании таких эпизодов мы судим по наличию в солях тонких прослоек глинистого вещества, которое поступало с континентальным стоком. Поступление рассолов с составом, отличным от состава рассола, находящегося в осадке, может произойти также в результате отжима в рассматриваемый соляной осадок рассола снизу или сбоку из соляного осадка несколько иного минералогического состава. В результате внедрения в осадок “чуждых” ему растворов физико-химическая система осадка выйдет из равновесия. Начнется или растворение соляных минералов, что в дальнейшем вызовет их повторное выпадение (перекристаллизация), или непосредственная кристаллизация минералов в порах осадка. Диагенетическим процессом, который имеет существенные практические следствия, является замещение сильвина (главного минерала калийных руд) галитом в результате отжима рассолов галитовой стадии сгущения из осадков каменной соли в сильвинитовый осадок. Это приводит к растворению сильвина и отложению на его месте галита. Геологам, которые занимаются поисками и разведкой калийных солей, важно знать условия этого процесса и распространение зон замещения сильвинита галитом.

Факторами минералообразования и растворения в соляном осадке являются также колебания температуры, от которой сильно зависит растворимость минералов, и биохимические процессы, связанные с разложением органического вещества, которое часто в обилии захороняется в эвапоритовых осадках (например, восстановление сульфатов с образованием пирита). Важной причиной диагенетических превращений, в первую очередь кристаллизации минералов в соляном осадке, может быть испарение порового раствора в результате вывода осадка на дневную поверхность при перерывах в осадконакоплении. Такое явление особенно характерно для областей мелководной седиментации и надприливных равнин (сабкх). Испарение порового раствора приводит к еще большему его концентрированию и минералообразованию. С такого рода явлением связано образование желваковых (нодулярных) сульфатных пород на сабкхах. В карбонатном или глинистом осадке, содержащем сгущенную в результате внутригрунтового испарения морскую воду, кристаллизуются не только отдельные кристаллы гипса, но формируются также его желваки размером 1—2 см. Их количество может быть столь велико, что осадок, а потом порода представляют собой массовое скопление сульфатных желваков. Такие породы встречаются в девонском разрезе Беларуси; белорусские литологи называют их ангидритами с текстурой “каменной кладки” (рис. 24).

Существенное влияние на ход диагенетических процессов в эвапоритовых осадках оказывает то, что многие эвапоритовые минералы являются кристаллогидратами, т. е. в их кристаллических решетках содержится кристаллизационная вода. При растворении и кристаллизации минералов и превращении одного минерала в другой либо кристаллизационная вода (а она солей не содержит) пополняет поровый раствор, либо часть воды из порового раствора используется для построения кристаллических решеток вновь формируемых минералов. И в том и в другом случае изменяется состав илового раствора, его минерализация или снижается, или возрастает, т. е. поддерживается неравновесность системы. Возникает как бы цепная реакция: диагенетическое минералообразование или, наоборот, растворение минералов сами по себе провоцируют продолжение процессов взаимодействия между иловым раствором и осадком.

Н

Рис. 24.  Ангидрит с текстурой “камен­ной кладки” (между сульфатными желваками — карбонатно-глинистый материал), Припятский прогиб, скв. Сосновская, 28, гл. 3334—3372 м, верхний девон, керн, ум. 2

аиболее распространенными минералами, способными переходить из одного в другой с потерей или приобретением воды, являются гипс (CaSO₄·2H₂O) и ангидрит (CaSO₄). Известно, что в разрезе земной коры в верхней зоне (примерно до 400—500 м) распространен гипс, а глубже — ангидрит. Но какой минерал выпадает в бассейне галогенеза с самого начала? В современных осадках единственным сульфатом кальция является гипс. Наиболее распространено мнение, что и в древних солеродных водоемах первичной фазой был гипс, который затем очень быстро на стадии диагенеза трансформировался в ангидрит с тем, чтобы в случае вывода в зону действия пресных подземных вод на суше вновь превратиться в гипс.

На стадии диагенеза изменениями затрагиваются преимущественно основные минералы эвапоритового осадка. Например, с диагенетическими процессами в толщах калийных солей связано возникновение крупных идиоморфных кристаллов галита, сильвина, лангбейнита и других минералов, образующих порфиробласты, формирование радиально-лучистых агрегатов ангидрита, сферолитов полигалита. В этот период возникает весьма разнообразная и яркая цветовая гамма, присущая многим эвапоритовым минералам.

В процессе диагенеза эвапоритовых осадков кристаллизуются также доломит, магнезит, кальцит, целестин, барит, кварц, глинистые минералы. Чаще всего они развиваются на тех зародышах, которые образовались еще на стадии седиментации. Кристаллизация осуществляется в межкристальном пространстве, вблизи и внутри пропластков терригенного материала. Возникающие диагенетические кристаллы часто идиоморфны, иногда образуют шестообразные и почковидные агрегаты.