Основные понятия о процессах породообразования Части 2- 3

пород в стратисфере при повышенных давлениях в диапазоне от 10

до 200 МПа
и температуре от 25 до 2000С (± 250С)
в присутствии и
при активном участии подземных вод и
(или) поровых растворов»
(Логвиненко, Орлова, 1987).

А.Е.Ферсман (1922) - “kata” – вниз – вся совокупность преобразований осадочной породы после того, как она оказалась отделенной от водного бассейна новым слоем. Л.В.Пустовалов назвал это – эпигенезом (“epi” – после) без стадии диагенеза.

диагенеза: уплотнение пород, их дегидратация, растворение неустойчивых соединений, но минералообразование

и перекристаллизация начинаются уже катагенетические.

2. В катагенезе процессы физико-механические сменяют химические, преобладающие во время диагенеза в осадке.

пород
Подземные воды
Тектонические движения
Геологическое время

Основные факторы катагенеза

сменяются солоноватыми и солеными,
глубже – рассолами.
Определяет тип катагенетических

процессов, т.к. преобразование пород с разным минералогическим и химическим составом по-разному влияют на катагенез других пород.

Так при катагенезе глин высвобождается много химически связанной воды, опресняющей подземные воды и растворяющей известняки или каменную соль в смежных пластах.

Минералого-химический
состав пород

стрессового давления, образование разломов с резкими скачками температур и давления

– минералообразование в зонах разломов и т.д.

Влияет на продолжительность геологических процессов в различных термобарических или гидрогеологических обстановках.
Рост степени катагенетической преобразованности пород увеличивается с возрастом, а продолжительность стадии катагенеза зависит от особенностей геологического развития территории

Тектонические движения

Время

катагенеза в литосфере достигает 4-8 км, Температура у кровли – 30-50°,

у подошвы – 150-200°,
Давление – от первых сотен до 120-200 МПа.
Длительность стадии достигает 1.5 млрд. лет, что несравнимо продолжительнее
стадии диагенеза.

марок углей (по Н. Б. Вассоевичу и др.), т.к. при перестройке микроструктур

ОВ на молекулярном уровне меняются его технологические качества, и три подстадии: протокатагенез, мезокатагенез и апогенез.


2. Литологи выделяют 2 этапа: ранний и поздний катагенез по
следующим рубежам:
а) Трансформации кристаллических решеток глинистых минералов – смектиты переходят в иллиты (или хлориты)
б) Формированию ассоциаций аутигенных минералов и микрострук-тур терригенных пород – глины переходят в аргиллиты.


Ранний, или начальный, катагенез примерно соответствует протокатагенезу - ПК (ПК1-3),
а поздний, или глубинный – мезокатагенезу – МК (МК1-5). Апокатагенез (АК) отвечает вероятно метагенезу.

Подстадии катагенеза

зону температур от 30-50° до 100° и давлений от 100-200

до 700-800 атм.
1. Основные изменения: уплотнение, отжатие воды, начальные трансформации минералов и зерен - растворяются и корродируются наиболее неустойчивые (слюды, пироксены, амфиболы), синтезируются новые – каолиниты, сульфаты, сульфиды, выполняющие поровое пространство.
2. Главный процесс - глинизация силикатов т.е. стадийное замещение их филлосиликатами.

Поздний катагенез охватывает зоны температур от 75-80° до 200-280°С на глубинах примерно 2-3 км (на платформах) и 5-6 км (в грабеновых прогибах), давление в этой подзоне достигает 1500 атм.
1. Практически уничтожается седиментационно-диагенетическая пористость.
2. Происходит дальнейшее отжатие воды из глинистых толщ, из них удаляется уже не свободная, а адсорбционно-связанная вода.
3. Главный процесс – уплотнение, приводящее к исчезновению пористости.

в серицитоподобную слюду.
Хлориты

в более магнезиальные и менее железистые разности.

Пример катагенетической отдачи воды в майкопских глинах

Потеря межслоевой и пленочной воды (элизионные процессы) при дегидратации монтмориллонита достигает 10-15% объема исходного осадка (по Берит, 1959).
На 1 м3 глин приходится 100-110 кг H2O. Мощность их - 1000 м, а площадь катагенетической иллитизации ˜ 9000км2. Суммарное кол-во высвободившейся воды составило 1.1012 т, что только на 1 порядок уступает объему Каспия (75.1012т).

При температуре более 100ОС (начало позднего катагенеза) характерны процессы трансформации глинистых минералов.

в вершинах тетраэдрических и октаэдрических позиций; 3-4 – катионы внутреннего

выполнения этих позиций; 5 – межслоевая молекула воды (вместе с ОВ и обменными катионами); 6 – катион калия; 7 – направления миграции компонентов, приносимых в кристаллическую решетку (полая стрелка) и выносимых из нее (черная стрелка).

структурные новообразования в виде изменения формы и размеров породообразующих компонентов

и характера их взаимных контактов: коррозия (растворение) обломочных частиц, механическое уплотнение, сочетание уплотнения с коррозией и обрастание компонентов каймой того же состава, т.е. его регенерация.

В глинистых песчаниках изменения менее контрастны. В начальном катагенезе в пористых песчаниках развиваются крустификационные структуры в цементе + аутигенная минерализация. На стадии позднего катагенеза активно развивается аутигенное минералообразование как по минералам, так и по обломкам.
Характерным типом структур являются конформно-регенерационные, как результат гравитационной коррозии обломочных зерен и переотложения кремнекислоты в виде регенерированного кварцевого цемента

PL-плагиоклаз, L-литокласты, Bi- биотит.
Аутигенные образования – q-кварц (поровый и регенерационный),

h-хлорит, s-гидрослюда и серицит, а – альбит, ломонтит, са – кальцит, е – эпидот.

Регенерация кристалла – это процесс восстановления им своей нормальной формы при наличии подтока необходимого вещества к поверхности зерен.

При гравитационной
коррозии уходящие в раствор компоненты реализуют себя по соседству (в участках с относительно меньшим давлением) в виде аутигенных наростов. Поэтому регенерационные структуры тесно связаны с гравитационно-
коррозионными.

Массовая регенерация способствует резкому усилению крепости обломочной породы и снижению ее проницаемости для водных и газовых
флюидов.

сложены в основном опалом, перекристаллизуемым на стадии позднего катагенеза в

халцедоновые или кварц-халцедоновые криптозернистые агрегаты (яшмы, кремни, фтаниты).

по мере увеличения глубины залегания (сверху вниз):

1– раковины остракод

и брахиопод;
2 – остатки иглокожих;
3 – остатки мшанок (по Махнач, 2000).

100%-ной метаморфизации осадочной толщи
Метагенез
(Апогенез –в нефтяной геологии, анхиметаморфизм – в

англоязычной литературе)

геодинамического режима, вызывающими деформацию толщ и подток горячих эндогенных флюидов
Господство

химических реакций между твердыми минеральными частицами уменьшается, поэтому активизируется диффузия ионов к границам этих частиц.

Сущность
структурно-вещественных изменений флюидно-породной системы при метагенезе состоит в том, что при ее вхождении в напряженные термобарические условия (глубже изотерм 200-250ОС и давлениях свыше 200МПа) элизионный режим гидрохимических процессов сменяется диффузионно-метасоматическим.

зерен полевых шпатов. Появляются новые структуры рекристаллизационно-гранулярного бластеза.

Бластез – перекристаллизация в твердом состоянии породообразующих компонентов. В разной степени
завершенности процесса зачаточный и неполный.
2. Минеральные трансформации слоистых силикатов
гидрослюда серицит
каолинит диккит
хлориты высоко Mg хлориты
Разрушение терригенных биотитов
Развитие параллельно ориентированных швов
флюидоразрывов ти текстур кливажа в результате анамально высокого водно-флюидного давления

– лепидокластовая структура и начально-сланцеватая текстура глинистых песчаников.
Аргиллиты

глинистые сланцы филлитовидные сланцы (шелковистый блеск)

Кристаллизационная сланцеватость
(кристаллобластез) из
кливажа при мощном одностороннем давлении (стрессе),
не совпадающая с седиментационной. Она обусловлена
одинаковой ориентировкой удлиненных чешуек аутигенных
слюд, хлоритов или агрегатов кварца, альбита и др.

пород – аргиллитов и образование типично метаморфических пород – глинистых

сланцев.
При метагенезе породы максимально уплотняются, и их пористость становится минимальной.
Продолжает изменяться минеральный состав пород; глины переходят в серициты, происходит хлоритизация биотита, альбитизация плагиоклазов, регенерация кварцевых зерен.

Изменение пористости и минерального состава глинистых пород в процессе литогенеза

упорядочением их ориентации,
развитием структур растворения под давлением и регенерационных;

минеральные зерна приобретают призматическую и таблитчатую форму с ориентацией большой грани перпендикулярно направлению давления

разрыва и формируется сланцеватость, не совпадающая часто в складчатых толщах

со слоистостью. Они распространяются и на тонкие пласты алевролитов и песчаников.
В глинистых песчаниках широко развиты направленная коррозия и кристаллизация с образованием перпендикулярно давлению стебельчатых сочленений зерен – бородатые зерна кварца. Чистые песчаники приобретают черты кварцитов, но еще ими не являются, а лишь кварцитовидными.

Карбонатные породы превращаются в более крупнокристал-лические мраморы.
Кремневые породы становятся микрокварцитами, сохраняющими внешние черты и текстуру первичных пород, поэтому их называют кремнями, яшмами, фтанитами или яшмокварцитами, фтанитокварцитами или силицитокварцитами.
Твердые углеводороды превращаются в угли тощие, полуантрациты и антрациты, содержащие не менее 95 % углерода и меньше 5 % суммы О и Н.

Состав обломков – Q-кварц, PL-плагиоклаз, L-литокласты.
Аутигенные образования – q-кварц (поровый и регенерационный), h-хлорит, s-гидрослюда и серицит.
Структуры – i-инкорпорационные, rg-рекристаллизационно-грануляционные бластические.

многофакторный, направленный на постоянное, медленное и почти постепенное изменение вещества

осадков и пород.
Начальные стадии этого процесса протекают при взаимодействии с наддонной водой, атмосферой и гидросферой – в условиях открытой системы.
Граница между ними проходит по кровле зоны диагенеза и является своеобразным геохимическим барьером, отделяющим поверхностные условия осадкообразования (седиментогенез) от биохимических условий породообразования (диагенез), физико-механических и физико-химических условий породопреобразования (катагенез и метагенез).

имеют наложенный характер и относятся к категории низкотемпературных вторичных изменений,

в отличие от катагенетических преобразований при погружении и больших температуре и давлении.

Появление несвойственных породе физико-химических свойств:
Разуплотнение
Карбонатизация терригенных континентальных отложений
Каолинизация пестроцветных отложений аридных зон (для которых каолинит не характерен)