Положение зон литогенеза в земной коре

Раздел II. Положение зон литогенеза в земной коре

4. Принципы проведения межзональных

(Межстадиальных) границ

В главе 1 сказано, что литогенез включает стадии диагенеза, катагенеза и метагенеза, которым соответствуют одноименные зоны осадочного разреза. В чем же принципиальное различие между ними и как определить межзональные границы? Дело осложняется тем, что зоны литогенеза граничат не только между собой, но и с другими зонами геологического пространства. Так, зона диагенеза контактирует с зонами седиментогенеза и гипергенеза, зона катагенеза — с зоной гипергенеза, зона метагенеза — с зоной метаморфизма. Попытаемся приблизиться к пониманию этого вопроса, который является одним из наиболее важных, сложных и неоднозначно трактуемых вопросов литологии.

Возможность и необходимость выделения той или иной зоны литогенеза определяются нахождением признаков, существенно отличающих ее от других зон геологического разреза. Один из крупнейших российских литологов М.С. Швецов еще 40 лет назад отметил, что под такими признаками могут пониматься либо особенности среды изменения осадочного материала, т. е. состояние и состав растворов и газов, присутствие бактерий, величина температуры и давления, либо качество самого материала, возникающее при его изменении, например физическая характеристика, минеральные новообразования, концентрация химических элементов. В зависимости от того, какие признаки используются для выделения зон литогенеза, можно говорить о двух подходах к определению межзональных границ. Первый подходпредполагает использование признаков первого рода, которые в совокупности могут быть коротко названы ведущим фактором преобразования осадочного вещества. Вовтором подходеиспользуются признаки второго рода, т. е. вещественная характеристика самого осадочного материала.

Общий путь реализации первого подхода был указан в 1922 г. А.Е. Ферсманом, который выдвинул положение о геохимических парах. Геохимической парой он назвал комбинацию двух геохимических сред. Под геохимической средой А.Е. Ферсман в данном случае понимал такие объекты, как пласт отложений (пород или осадков), атмосфера, водный бассейн седиментации. Содержанием стадий осадочного процесса, по А.Е. Ферсману, следует считать преобразования осадочного материала, ведущие к установлению “химического” равновесия в геохимических парах, т. е. между различными геохимическими средами: для диагенеза — между водным раствором седиментационного бассейна и осадком, для гипергенеза — между литосферой и атмосферой, для катагенеза — между пластами разнородной осадочной толщи. В последнем случае — это процессы взаимодействия газоводных растворов разного состава между собой и с породами в условиях меняющихся температур и давлений.

Что касается второго подхода к выделению зон (стадий) литогенеза, который, казалось бы, должен быть органично связан с первым, то многолетние исследования ученых разных стран продемонстрировали большие трудности нахождения таких характеристик вещественного состава осадочного материала, которые могли бы быть признаны универсальными критериями разграничения зон (стадий). Главными причинами этого являются постепенность, многообразие и многофакторность изменений вещественных характеристик преобразующегося осадочного вещества. Покажем это на примерах.

Известно, что с увеличением температуры и глубины залегания происходит углефикация растительного вещества, которая заключается в постепенном и направленном изменении его физических и химических свойств в ряду: торф — бурый уголь — каменный уголь — графит. Поскольку остатки растительного ве­щества рассеяны почти во всех осадочных породах, то И.И. Аммо­сов предложил использовать степень углефикации этого вещества, фиксируемую по его отражательной способности (подробнее об этом см. в 18.5), в качестве универсального критерия для выделения зон диагенеза, катагенеза, метагенеза и метаморфизма. Но так как степень углефикации растительного материала — это, главным образом, функция температуры, то по схеме И.И. Аммосова получается, что все наблюдаемое разнообразие процессов литогенеза определяется лишь величиной температурного воздействия на осадочный материал. Это не отвечает природным реалиям. Поэтому степень углефикации рассеянного растительного вещества можно рассматривать лишь как частный критерий выделения стадий преобразования органического материала.

В качестве критериев проведения границы между зонами диагенеза и катагенеза предлагались такие тесно взаимосвязанные физические характеристики осадочного материала, как степень его литификации (окаменения), плотность, консистенция, характер отжимаемости воды, скорость прохождения ультразвука. При этом предлагалось считать, что осадочному материалу в зоне диагенеза свойственно текуче-пластичное (мягкое) состояние, а в зоне катагенеза — твердое. Значительные затруднения с использованием названных критериев возникают из-за весьма разной скорости литификации осадков, зависящей от их состава и условий накопления. Определенные типы карбонатного вещества (например, коралловые образования) становятся твердыми еще до погребения под новыми слоями (подробнее об этом см. в гл. 13). С другой стороны, пелагические тихоокеанские карбонатные илы переходят в твердые известняки лишь на глубинах 600—1000 м ниже поверхности дна. Глинистые осадки всегда литифицируются медленно. Так, полная литификация глинистых отложений подводного конуса р. Инд достигается на глубине свыше 1000 м. Нередко глинистые отложения сохраняют пластичные свойства на протяжении колоссальных отрезков времени. Примером служат размокающие в воде “синие” кембрийские глины Прибалтики. Таким образом, если придерживаться литификационных критериев определения нижней границы зоны диагенеза, то эта зона оказывается то исчезающе малой, то измеряется более чем километровой толщей осадка. А соответствующая ей стадия может либо вообще отсутствовать, либо растягиваться на неопределенное время. Еще бóльшая неопределенность возникает при использовании литификационных критериев для разрезов переслаивания быстро и медленно литифицирующихся осадков (карбонатов и глин). В этих случаях легко прийти к выводу о многократном чередовании зон диагенеза и катагенеза в разрезе.

Синтез двух описанных подходов к проведению межзональных границ (ведущий фактор преобразования осадочного материала + вещественный результат преобразования) дает следующую картину расчленения осадочной толщи.