Стадія катагенезу

Дуже важливий етап в еволюції осадочних порід. Він починається поступово після діагенезу і продовжується до наступання метагенезу або гіпергенезу. Тривалість коливається в широких межах, що залежить від особливостей геологічного розвитку території. Приклад – палеозойські відклади в Китаї (синайські товщі віком – 740 млн. років) – не пройшли стадію катагенезу, а мезозойські та палеозойські відклади Кавказу вже перетерпіли цю стадію (вплив тектонічних рухів, вторгнення магматичного розплаву, стресові ситуації прискорюють ці процеси).

Положення верхньої й нижньої границь зони катагенезу непостійні. Верхня – співпадає з нижньою границею діагенезу, а нижня – умовно обмежується ізотермою 200°С і залежить від величини геотермічного градієнту, яка в різних регіонах різна. Установлено, що нижня границя варіює в широких межах і за даними геофізичних досліджень 20 км від поверхні (при геотермічному градієнті 1С (100 м ).

Так, зокрема, в ДДЗ за сейсмічними даними зона катагенезу знаходиться в межах 1-20 км, тиски сягають 500 МПа, температура 250С, при цьому пористість порід знижується до 1-2%. Найглибшою свердловиною (Берта Роджерс осадочні породи вскриті на глибині більше 9 км, штат Оклахома, США). Найглибша свердловина у світі – Кольська, пробурена в межах Балтійського щита.

Головними рушійними силами катагенезу є температура, тиск (літостатистичний, стресовий, гідростатичний, вміст мінеральних і газоподібних речовин рН і Еh підземних вод, радіоактивність і геологічний час.

Катагенетичні процеси впливають на мінеральний склад порід, структуру, хімічну стійкість, твердість, пластичність, пористість, проникність і інші властивості.

Катагенетичні перетворення осадочних порід зводяться до наступних процесів:

1. ущільнення порід;

2. обезвожування (віджимання води);

3. розчинення нестійких компонентів породи;

4. мінеральні новоутворення;

5. перекристалізація речовин.

Ущільнення порід

Приводить до зменшення об’єму породи й пор, змінюється структура і фізичні властивості породи. Породи ущільнюються внаслідок зближення їх складових частин або внаслідок заповнення пустот мінеральними новоутвореннями. Спочатку катагенезу ущільнення відбувається внаслідок перегрупування частинок, більш щільної їх упаковки під дією літостатичного (гірського) тиску, що зростає з глибиною. Подальше ущільнення порід відбувається внаслідок розчинення мінералів у місцях їх дотику й утворення різних типів контактів (стилолітові шви), регенераційні оторочки, корозія зерен.

Зокрема, речовини, що перейшли в розчин, можуть затвердіти, утворюючи регенераційні оторочки.

Є різні способи заміру ступеня ущільнення. За Б. Прошляковим пропонуються коефіцієнти ущільнення К_, що являє собою відношення густини породи (_п) до густини твердої фази (_т).

,

де: _п – об’ємна густина породи; _т – густина твердої фази.

Ця величина показує в скільки разів густина породи менше густини твердої фази.

В міру ущільнення густина породи переходить у густину твердої фази, а К_=1.

Коефіцієнт ущільнення зв’язаний з величиною повної пористості (К_п) залежністю К=1–К_п.

Такий спосіб вирахування ущільнення порід має певні переваги, бо може застосовуватись для різних порід. За станом ущільнення породи поділяються на п’ять груп:

не ущільнені К<0,6 Кп>40

слабо ущільнені 0,6-0,75 25-40

ущільнені 0,75-0,85 15-25

сильно ущільнені 0,85-0,95 5-15

дуже сильно

ущільнені >0,95 <5

Метагенез – це стадія глибокого мінерального й структурного перетворення осадочних порід, що відбувається в нижній частині літосфери, на значній глибині. Основні фактори метагенезу – ті ж самі, що і для катагенезу, – температура, тиск, підземні води з розчиненими в них солями й газами, окислювально-відновні й лужно-кислотні властивості флюїдів. Необхідно відмітити, що названі фактори в зоні розвитку метагенезу мають більші значення (t – 200-300°С, Р – 180-270 МПа), більшу мінералізацію й газонасиченість вод, більш кислу реакцію флюїдів.

Глибинна границя зони метагенезу в значній мірі залежить від температури надр. При великому геотермічному градієнті глибина 5-7 км, а при низькому – до 15-20 км.

При метагенезі породи максимально ущільнюються (К_=0,98-1) і їх пористість стає мінімальною. Переміщення флюїдів відбувається тільки по тріщинах або шляхом дифузії. На цій стадії продовжується зміна мінерального складу порід. Усе більший розвиток мають гідрослюди, у процесі зміни глин утворюється серицит, відбувається хлоритизація біотиту, продовжується регенерація кварцових зерен.

Зміна мінерального складу порід супроводжується перебудовою їх структури. У цілому спостерігається укрупнення зерен, впорядкованість їх орієнтировки, дальший розвиток структур розчинення уламкових зерен і їх регенерація. У піщаних та алевритових породах продовжується деформація зерен кварцу. За рахунок розчинення під дією тиску та одночасної регенерації зерна кварцу набувають призматичної, лінзоподібної або таблитчастої форми, при чому довгі грані зерен орієнтовані перпендикулярно до напрямку тиску.

У шліфах часто спостерігається листоподібна, таблитчаста або волокниста структура, часто із зубчастими, шиповидними формами зерен.

У карбонатних породах продовжується перекристалізація та збільшення зерен, а від фауни залишаються невизначені реліктові форми.

Для стадії метагенезу характерні глинисті сланці, кварцовидні пісковики з регенераційною структурою, мармуризовані вапняки, доломіти, антрацити та інші дуже сильно змінені осадочні породи.