Преобразование осадка в породу (диагенез)

Осадки, отложившиеся в морях, океанах, озерах и других водоемах, пре­терпевают существенные преобразования, скорость и интенсивность которых зависят от минерального состава осадков, их дисперсности, химического со­става воды, деятельности бактерий и других факторов. Превращение осадка в осадочную горную породу является важнейшим процессом, формирующим ее инженерно-геологический облик. Этот процесс принято называть диагене­зом. Он протекает благодаря энергетическим ресурсам самого осадка; давле­ние и температура при этом не играют существенной роли.

Явления, происходящие на первом этапе диагенеза, в самой верхней тол­ще осадков, некоторые исследователи выделяют в самостоятельную стадию сингенеза. Мощность зоны сингенеза не превышает 10—15 см, чаще всего для нее характерна окислительная или нейтральная среда. Именно на этой стадии в карбонатно-глинистых осадках образуется глауконит. Во время сингенеза в результате коагуляции различных коллоидных растворов происходит синтез минералов. Активное участие в процессах сингенеза принимают бактерии, которые преобразуют органическое вещество осадка, окисляют сульфиды и т.д. Влажность осадка очень велика и может достигать 80—90%.

По мере захоронения осадка физико-химические условия среды суще­ственно изменяются, она имеет восстановительный характер. Диагенетичес-кие явления охватывают всю толщу осадка, мощность этой зоны 10—15 м. Изменение среды, понижение окислительно-восстановительного потенциа­ла приводят к резкому изменению минералогического состава осадков, осо­бенно тонкодисперсных. Окисные соединения железа и марганца переходят в закисные, образуется пирит, появляется углекислый газ и сероводород.

В дальнейшем происходит перераспределение вещества внутри осадка, цементация отдельных его участков в результате выпадения карбонатов и кремнекислоты, образование конкреций.

Помимо изменения минерального состава осадок уплотняется, теряет зна­чительное количество воды, связи между частицами увеличивают прочность. Механическая прочность пород постепенно повышается. Цементация галеч­ников и песков, переход карбонатных осадков в известняки или мергели, превращение кремнистых осадков в опоки и трепела сообщают горным поро­дам значительную прочность.

Главнейшими факторами литификации глинистых осадков на этой стадии являются дегидратация, цементация и уплотнение. В глинистых осадках с мо­мента их аккумуляции начинают формироваться структурные связи преиму­щественно за счет молекулярных и электростатических сил и в меньшей сте­пени под влиянием магнитных сил. В илах происходит самопроизвольный кол­лоидно-химический процесс формирования структурной сетки (застудневание). На глубине первых метров осадок активно дегидратируется и уплотняется с отделением больших количеств свободной воды. Состояние и свойства осад­ков, по мнению И.М.Горьковой, определяются процессами старения и синерезиса коллоидов; гравитационное уплотнение имеет подчиненное значение. Эти цементы, а также ста­рение коллоидов в осадке обусловливают формирование дополнительного сцепления, которое часто называют сцеплением упрочнения.