1 Остаточные породы _г

Гипергенез на поверхности

>ЛЛЛЛЛЛЛЛЛАЛЛ/>ЛЛЛ

(выветривание). Денудация

Перенос исходного вещества для осадков. Начало нового цикла литогенеза

и се^иментоген^образование осадка)

{^тагенез- изменение пород под влиянием температуры и давления

11 * 300—350°С

Йййййт

преобразование осадка в породу

t=10-25"C

I

«I

i ос г

х 3 <8- 2я

Прерванный цикл

М

Укороченный

цикл

етагенез(метаморфизм) - коренное преобразование пород

t - 500- 800^вС

У

Полный

цикл

д^рам|т^|Знез(ультраметаморфизм)- расплавление, переход в магму

Рис. 3.24. Общая схема стадий литогенеза, по Н.Б. Вассоевичу (1983)

Выделяемый нефтяниками апокатагенез примерно соответствует метагене­зу. Протокатагенез подразделяется на три градации — ПКь ПКг и ПКз, мезокатагенез — на пять: от MKi до МК5, которые могут различаться по отражательной способности витринита, меняющейся от 0,25^а границе ди­агенеза и протокатагенеза до 2,0$ подошвы МК5, т.е. на границе катагене­за и метагенеза. Более грубое обоснование стадий, подстадий и градаций — марки углей, зыражающие степень углефикации. Это наиболее надежная шкала стадиальных изменений гумусового вещества, по которой можно проводить стадиальный анализ, и минерального вещества (табл. 3.15).

3.6.1. Ранний катагенез

Ранний (начальный) катагенез, или протокатагенез, сменяет диаге­нез на глубинах в среднем от 100 до 500 м и охватывает толщу до 1,5-3 км. Температура возрастает от 30-50 до 100°С, давление от 100-200 до 700-800 атм, и пористость снижается от 40 (в среднем для всех пород) до 15%. Давление гидростатическое вверху сменяется на литостатическое (геостатическое), что определяет физико-механические изменения по-

Предложенная шкала
Ориенти­ровочные глубины, км		Стадии и подстадии литогенеза	градации	Переломы в ходе углефикации
от	ДО
		диагенез	ДГ
		rt	ПК1
		u «5 ^	ПКг	Г начало заметной гелификации
1 -	-3	* с О w h* о а, _ Е	ПКз	L образование витринита } исчезновение 1уминовых кислот в углях
			MKi	I перелом —
		X е ^ £ чг	МКг	^ главная фаза нефтеобразования
2-	-6	CJ *g * S- 3 О 56	МКз	{ исчезновение флюоресценции споринита
			мк4	совпадение R витринита и R экзинита 1
			МК5
			AKi	J потеря восприимчивости к \ КМп04
3-		о		¥11
		юкатаге! (АК)	А1Ч.2	1x1. ИбрбЛОМ ярко выраженная анизотропия R витринита
4-	- 12		АКз
		3
5-	- 15		АК4	...
				Метагенез, графит

*

60 67 71 75 77 81 86 89 90 91 93.5 100	на витринит	с, %.
<-» Г* ^ ►— to U) С*> ^ ^ Oi (л » ° Ъ» О 00 .*». i— -‘-JO 4k О ON U		5
0,25 0,3 0,4 0,5 0,65 0,85 1.55 2,0 2.5 11,0		1% О4
0 10 12 13 14 15 16.5 19.5 25	R.P. Suggate, 1959
7 9 12 13,7 15,2 16,5 20	N.H. Bostick, Н.Н. Damberger, 1971
© S ZZZ w to*- с 40 00 04 ®	A. Hood et. al., 1975
влажность	применимость методов и различных параметров углефикации
. спектры флюоресценции споринита
отражательная способность витринита
выход летучих веществ
содержание углерода
рентгеноструктурный анализ

А.А.Карцев, А.Э.Конторович, Н.В.Лопатин и др.)

Краткая характеристика стадий литогенеза

Стадии и подстадии	Условия				Результаты
	темпе­ ратура, °С	давление, атм	глубина, км	порис­ тость, %	процессы
					общие (главные)	конкретные
Диагенез	0 30-50			80 50	биохимические, хими­ческие, физико-хими­ческие	растворение, гидратация, гидролиз, выще­лачивание, восстановление, минералообра- зование, выпадение из растворов, самоуплотнение (синерезис), образование конкреций, участковая цементация, кри­сталлизация
« ПК, 1 1 ПК2 1 5 пкз 8 & g мк, | 3 мк2	100	100-200	50-300 м	40 15	физико-механические (уплотнение, отжатие воды), физико-химиче­ские и химические	глинизация алюмосиликатов (глубинное “выветривание”); коррозия и растворение темноцветных и литокластов; отжатие во­ды, конкрециеобразование, кристаллиза­ция, цементация
S § МК3 ^ « X МК4 * к МК5 S'! о £ с z	200	700-800	1,5-3	2		продолжение глинизации, растворения, коррозии; растворение в твердом состоя­нии,регенерация; перекристаллизация карбонатов и глинистого цемента; отжатие воды; минералообразование
<3 АК, 2 АК2 g АКз 2 АК4	250 350	1300-1500	5-8	0	физико-химические, химические, физиче­ские	перекристаллизация глин и карбонатов; направленная коррозия и кристаллизация филлосиликатов; кливаж течения и разры­ва; грануляция и бластез; минералообразо­вание
Метаморфизм	374	3000-4000	15-20		физико-химические, химические	перекристаллизация полная (обломочных пород)

Стадии и подстадии	Результаты
	минералы основные и акцессории	структуры, укладка	обломочные породы	глины	кремни	карбонатоли- ты	угли
Диагенез	сульфиды, карбона­ты, опал,халцедон, фосфаты, глины	первичные слабоуплот­ненные, ку­бические	пески и пес­чаники	глины хорошо размокают	опалолиты и халцедоно- литы	слабые и крепкие с первичным строением	торф^бурый V CX>s\.i»
о ПК, , « 1 ПК2 . ж л ПК3 S 5 мк, " й« МК2 ё з <D	глинистые, халце­дон, кварц, цеолиты, сульфиды, сульфаты (барит и др.), карбо­наты	цементиро­ванные и рыхлые тет­раэдрические	песчаники и пески	глины плот­ные (размо­кают)	опаловые, халцедоно­вые: опоки, трепела, кремни	крепкие, по­ристые	бурый мато­вый, бурый блестящий, длиннопла­менный, га­зовый
Катаг поздний (глубинный) 222 Я ** , ^ w	кварц, гидрослюды, хлориты, ангидрит, барит, цеолиты, пол. шпаты	крепкие (нет рыхлых), ле- пидобласто- вые, кварци­товидные	песчаники слабоквар­ цитовидные	аргиллиты (не размока­ют)	кремни, яш­мы, халцедо­новые	перекриста- лизованные мраморы	жирный кок­совый, ото- щенно-спека- ющийся
Метагенез	щцрослюды 2М,, сери­цит, хлорит, подбе­лит, пумпеллит, пре- нипг, кварц, ломонтит, скалециг, альбит, ата- таз, брукиг, турмалин, калишпат, эпидот	сланцевые, лепидоблас- товые, квар­цитовидные	кварцито- песчаники, метапесча­ ники	глинистые сланцы	яшмокварци- ты, фтани- токварциты, силицито- кварциты	мраморы среднекри­ сталлические	тощий полу- антрацит, антрациты, ультраантра­цит
Метаморфизм	серицит, хлорит, мус­ковит, альбит, эпидот, цоюиг, калишпат	гранолепидо- бластовые	кварциты, сланцы	сланцы слюди­стые хлориг- серицитовые	кварциты апосилици- товые	мраморы крупнокри­ сталлические	графит

Рис. 3.25. Схема расположения зон литогенеза в разрезе верхней части земной ко­ры, по Р.У. Фербриджу (из Справочника политологии, 1983, с. 87)

род: уплотнение, отжатие воды, (илизионный процесс; Магара, 1982; Холодов, 1983; Новое ..., 1981; Полонская и др., 1975), переход кубиче­ской укладки зерен в тетраэдрическую, конформное приспособление зе­рен, а позднее (в позднем катагенезе) и растворение под давлением, ин­корпорацию и т.д. Наряду с механическими совершаются физико-хими­ческие и химические процессы: растворение и коррозия неустойчивых минералов — слюд, амфиболов, пироксенов, преобразование их и поле­вых шпатов в новые минералы (катагенетический метасоматоз), синтез новых минералов в поровых пространствах — каолинита и других гли­нистых, цеолитов, сульфатов (барит, ангидрит и др.), сульфидов и дру­гих, образование или наращивание конкреций. Наиболее характерным процессом следует назвать глинизацию силикатов, т.е. стадийное заме­щение их филлосиликатами. В щелочной среде полевые шпаты превра­щаются в гидромусковит или парагонит и далее в монтмориллонит или другие смектиты, а в кислых — в каолинит. Мусковит в щелочной среде переходит в гидромусковит диоктаэдрический, а в кислой — в каолинит, биотит — в гидробиотит, вермикулит, глауконит и монтмориллонит, а в кислой среде — в хлорит и каолинит. По пироксенам и амфиболам раз­виваются хлориты. Вулканическое стекло превращается в смектиты, хлориты, цеолиты.

По правилу Освальда, с повышением температуры на 10° скорость химических реакций увеличивается в два раза. Это резко повышает и растворимость кварца до 1-2 мг/л, а аморфного кремнезема — до 380 мг/л. В новообразованных минералах возникают газово-жидкие вклю­чения, декрипитация которых позволяет определить палеотемпературы и глубины, на которых были слои. С повышением температуры увеличи- 210 вается минерализация подземных вод и меняется характер их движения. Если в верхней части воды еще могут обмениваться с наддонной водой — через латеральные отдушины, то на глубинах 0,7-2,5 км циркуляция за­труднена, а глубже — зона застойных вод. При химических преобразо­ваниях из силикатов высвобождаются щелочи, они увеличивают pH, ко­торый чаще всего больше 7. Минерализация вод вверху 1—5 г/л, а на глубине три километра — до 200-250 г/л, т.е. это уже рассолы с концен­трацией солеродных бассейнов. Состав их отвечает основному ряду рас­творимости, а по анионной части они меняются от практически пресных или слабоминерализованных гидрокарбонатных (за исключением арид­ных областей) вверху зоны до гидрокарбонатно-сульфатных в зоне за­трудненного водообмена. Поровые, тем более кристаллизационные воды могут отличаться от пластовых.

Органическое вещество меняется, вероятно, наиболее сильно. Если в диагенезе оно достигает стадии торфа и может быть лишь в самом низу

• на буроугольной стадии, то в раннем катагенезе оно находится на ста­дии бурых углей всех градаций — мягких, матовых и блестящих (Bi, Б2 и Бз), отвечающих соответственно градациям протокатагенеза — ПКл, ПКг и ПКз. Граница начального катагенеза литологами обычно опуска­ется немного ниже и захватывает марку Д (длиннопламенных углей). Литологами-нефтяниками эта стадия углефикации относится уже к ме- зокатагенезу (Вассоевич, 1954, 1957, 1986; Жемчужников, 1952, 1960;

Япаскурт, 1989). Отражательная способность витринита в масле воз­растает от 0,25 до 0,5%. На этой стадии возникает второй максимум га­зообразования — в основном метановый физико-химический, в противо­положность первому, биохимическому, приуроченному к диагенезу и также в основном метановому. За счет сапропелевого органического ве­щества начинают формироваться и нефтяные углеводороды, но еще в не­значительном количестве (сотые доли процента от содержания органи­ческого вещества).

Неорганические породы меняются мало, особенно глины. Их пори­стость и объемная плотность меняются соответственно от 50-60% и 1,3- 1,4 до 20-25% и 1,8-2,0 на глубине около 3 км. По объемной плотности можно судить о давлении и глубине залегания, особенно для шельфовых и других мелководных отложений, для которых меньше проявляется ис­кажающий взвешивающий эффект гидростатического давления. Если органическое, особенно углистое вещество является максимальным тер­мометром, фиксирующим те максимальные температуры, которые оно испытало и зафиксировало, то глинистое вещество выполняет роль мак­симального манометра, фиксирующего максимальные нагрузки.

Песчаные породы становятся преимущественно цементированными, окаменевшими, хотя остаются и рыхлые. Глины уплотненные, но не по­терявшие пластичности и способности размокать. Известняки как креп­кие, так и остающиеся довольно рыхлыми (писчий мел и слаболитифи- цированные мергели), а биоморфные — нередко сильно пористыми. Аморфные силициты (диатомиты, трепела) остаются опаловыми, но час­то твердеют, превращаются большей частью в опоки, хотя последние не­редко сосуществуют с трепелами и диатомитами. Кристаллизация опала этих пород широко распространена, и в них часто кристобалит преобла­дает над аморфной фазой, по опалу развивается и халцедон.

Для раннего катагенеза наиболее характерна глинизация полевых шпатов и других силикатов, напоминающая химическое выветривание влажных тропиков, в результате которого силикаты нацело замещают­ся глинами. И здесь влажности достаточно (вначале ее 50%, что обеспе­чивает неразрывность жидкой фазы — “водного столба” — и состояние гидростатического давления), а температура даже выше экваториальной (до 100°С). Кроме того, стабильность состояния и геологический масш­таб времени — миллионы, десятки и сотни миллионов лет — выражают­ся в больших результатах даже при медленном процессе глинизации. Общее условие продолжения процесса — удаление продуктов реакции

• в данном случае не сильно блокирует процесс при ограниченности от­тока излишков продуктов реакций, так как почти все они входят во вновь формирующиеся силикаты.

Более существенно удаление продуктов превращений органического вещества, которое при возрастании температуры все сильнее подверга­ется термолизу, деструкции и другим термическим изменениям, в ре­зультате чего образуются в большом объеме газовые и жидкие фазы — воды, СО2, метана и отчасти более высокомолекулярных углеводородов. По объему они вместе составляют половину органики, и жидкая и газо­вая фазы равны друг другу. Происходит прежде всего декарбоксилиро- вание — отщепление карбоксильной группы СООН — с образованием угольной и органических кислот и уменьшением содержания гуминовых кислот (что началось еще в диагенезе). В глубинном катагенезе преоб­разование органического и минерального вещества усиливается.