ГЕОЛОГИЯ Земля во Вселенной 1 ГЕОЛОГИЯ Автор

ГЕОЛОГИЯ Земля во Вселенной 1

ГЕОЛОГИЯ Автор: ГУСЕВ Владимир Васильевич, кандидат геолого-минералогических наук, доцент. Самарский государственный технический университет E-mail: geol@samgtu. edu. ru 2

Формирование осадочных пород проходит следующие надстадии и стадии: I. Седиментогенез. 1. Выветривание. 2. Денудация (разрушение и перенос) вещества. 3. Накопление, или седиментация. II. Литогенез. 4. Диагенез. 5. Катагенез, 3

• • • Стадии образования осадочных 1. Выветривание и пород эрозия 2. Перенос продуктов разрушения 3. Формирование осадков обломочных, хемогенных и органогенных 4. Диагенез осадков – превращение их в осадочную породу 4

Выветривание 5

Виды выветривания • 1 Физическое выветривание • 2 Химическое выветривание • 3 Органическое выветривание 6

Химическое выветривание • Окисление Разрушение горных пород при взаимодействии их с химически активными элементами атмосферы и гидросферы • Гидратация • Карбонатизация • Растворение 7

Физическое выветривание Работа организмов Морозное выветривание Колебания температуры 8 EXIT

Пояса осадконакопления Большинство пород проходит все эти стадии. Однако в истории многих пород ряд стадий выпадает, либо они еще не вступили в превращения той или иной стадии. Осадкообразование на поверхности Земли неравномерно. Выделяются области повышенных и пониженных темпов накопления осадков. Можно выделить главнейшие области осадкообразования. Поступления терригенного материала с континентов служит основной для образования поясов седиментации вокруг них, создается так называемая циркумконтинентальная зональность. А. П. Лисицын выделяет три главных пояса максимального накопления осадочного материала. 9

Первый пояс связан с рубежом река-море. Интенсивная седиментация приводит к образованию гигантских осадочных линз. Основная масса осадков отлагается в дельтах рек и иногда в далеко выдвинутых в море или океан их подводных частях - авандельтах. Особенно выделяются размерами тела, образованные выносами рек Ганг, Брахмапутра, Янцзы, Хуанхэ и Миссисипи. Второй глобальный пояс максимумом осажденного вещества тяготеет к континентальным склонам и их подножия. Здесь одной из основных аккумулятивных форм являются глубоководные конусы выноса, имеющие, как и дельты, весьма сложное строение. Третий пояс седиментации, менее четко выраженный, связывают с более глубоководными зонами океанов - желобами и котловинами. Динамо-седиментационные условия в зонах максимального накопления осадков предопределили существование глубоких компенсированных прогибов, которые мы называем осадочными (или осадочнопородными) бассейнами. Эти бассейны являются родиной углеводородов. В приконтинентальных областях, наряду с терригенным, происходит и биогенное образование мощных карбонатных и кремнистых толщ. 10

Накопление осадка. Осадочный материал, растворенные и газообразные вещества, находящиеся в состоянии неустойчивого равновесия, при взаимодействии с окружающей средой, между собой и при участии могут перейти в осадок. Места его накопления – водные бассейны и поверхность суши, однако значения первых несравненно выше. Общий облик осадка и его физико-химические признаки определяются с одной стороны качеством и количеством поступающего осадочного материала. С другой – физико-географической обстановкой и свойствами среды, в которой происходит седиментогенез. В процессах переноса и осаждения осадочного материала происходит осадочная дифференциация. Сущность этого процесса в том, что под влиянием механических, химических, биологических и физико-химических процессов происходит рассортировка осадочного материала. Механическая дифференциация – это один из наиболее ярко проявляющихся способов рассортировки осадочного материала. Она происходит при транспортировке и осаждении обломков минералов, горных пород, скелетных остатков организмов и отмерших остатков растений. Химическая дифференциация – это совокупность химических процессов, происходящих в гидросфере, вызывающих последовательный переход растворенных веществ в твердую фазу и осаждение возникших продуктов в бассейне седиментации. Биогенная дифференциация заключается в избирательном превращении растворенных и газообразных компонентов в минеральные скелетные образования или органические ткани в результате жизнедеятельности организмов. Физико-химическая дифференциация – присуща коллоидному материалу. Она осуществляется в водной среде под действием физико-химических сил, вызывающих 11 укрупнение частиц вследствие коагуляции коллоидных растворов и явления сорбции.

Диагенез Стадия перехода осадка в осадочную породу. Осадок, сформировавшийся в стадию седиментогенеза, представляет собой неравновесную в физико-химическом отношении систему, состоящую из твердой и жидкой, твердой и газовой или всех трех фаз совместно. Значительную часть осадка составляют жидкая или газообразная фазы. Диагенез это, прежде всего уплотнение и обезвоживание осадков под возрастающей нагрузкой отложений более молодого возраста. В зависимости от структуры и состава уплотнение тех или иных образований имеет свои особенности. Быстрее всего оно достигается в вулканогенных и карбонатных кластических осадках, несколько дольше этот процесс в песках и алевритах терригенного состава и кремнистых осадках биогенного происхождения, с наибольшей длительностью продолжается уплотнение глинистых осадков, которые изначально характеризуются очень высокой пористостью и влагонасыщенностью. По физико-химическим свойствам осадочные породы радикально отличаются от осадков: неуравновешенная система уравновешена, что выражается в присутствии многочисленных минералов и конкреций. 12

Катагенез, или как иногда называют эпигенез, - это стадия глубинного преобразования осадочных пород под влиянием повышенных температур и давления и подземных минерализованных вод. Доминирующие процессы – физико-механические, т. е. уплотнение пород под нагрузкой вышележащих толщ, мощность которых от первых сотен метров до 46 км, что определяет и глубину зоны катагенеза в литосфере. Температура у кровли зоны 30 -500 С, а у подошвы – вероятно, 150 -2000 С, давление – от первых сотен до 1200 -2000 атм. Длительность – от сотен миллионов до 1 -1, 5 млрд. лет, т. е. время геологическое и намного более длительное. За это время минеральное вещество вызревает структурно, например кристаллическая структура упорядочивается, размер кристаллов увеличивается, химический состав становится определеннее. Длительное время катагенеза и большая мощность его зоны требуют и позволяют произвести его расчленение на подстадии, или этапы. В литологии принято двучленное, а в нефтяной геологии – более дробное подразделение в вертикальном разрезе. Ранний, или начальный катагенез примерно соответствует протокатагенезу, по Н. Б. Вассоевичу и др. , а поздний, или глубинный, - мезокатагенезу. 13

Ранний 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 1000 С, давление от 100 -200 до 700 -800 атм. , и пористость снижает от 40 до 15%. Давление гидростатическое вверху сменяется на литостатическое, что определяет физико-механические изменения пород: уплотнение, отжатие воды, переход кубической укладки зерен в тетраэдрическую, а позднее и растворение под давлением. 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, синтез новых минералов в поровых пространствах – каолинита и других глинистых, цеолитов, сульфатов, сульфидов и других, образование или наращивание конкреций. Для раннего катагенеза наиболее характерна глинизация полевых шпатов и других силикатов, напоминающих химическое выветривание влажных тропиков, в результате которого силикаты нацело замещаются глинами. 14

Глубинный катагенез, или мезокатагенез, постепенно сменяет ранний катагенез на глубинах 2 -3 км и прослеживается на платформах в грабенообразных прогибах до 5 -6 км, а в геосинклиналях или зонах с повышенным тепловым потоком – иногда до меньших глубин. Таким образом, мощность зоны позднего катагенеза достигает 4 км. Температура возрастает на этом интервале от 100 -2000 С, давление – от 700 - 800 до 1200 -1500 атм, пористость уменьшается от 15 до 2%, а объемная плотность приближается к максимальной – 2, 6. Главный процесс – уплотнение, приводящее к исчезновению пористости. Оно осуществляется разными способами, во-первых, механическими: обжатие пластичных зерен вокруг крепких, внедрением вторых в первые. Во-вторых, поровое пространство полностью заполняется цементом; В-третьих, в отмытых от глинистого цемента существенно кварцевых песчаниках происходит растворение в твердом состоянии под давлением и сближение кварцевых зерен по микростилолитовым швам с одновременным сопряженным разрастанием их за счет перемещенного из зоны растворения кремнезема в направлении, нормальном к давлению, с образованием регенерационного цемента. В позднем катагенезе происходят отжатие воды из глинистого вещества и газовой фазы из органического вещества, дальнейшая его деструкция, 15 диспропорционирование водорода, полимеризация кислых компонентов.

Метагенез, или апокатагенез, - метаморфизация осадочных пород при высоких температурах и давлении, преддверие метаморфизма, или начальный метаморфизм. Его стали выделять недавно, главным образом благодаря работам Н. В. Логвиненко, до которых эти изменения и их производные относились к метаморфизму и метаморфическим породам. Это зона глинистых сланцев, филлитов, крупнокристаллических мраморов. Температура зоны метагенеза от 150 -200 до 374 о. С т. е. до критической для воды, когда она даже при высоких давлениях переходит в парообразное состояние и резко усиливает метаморфизм. Давление меняется от 1500 -2000 до 3000 -4000 атм. , глубина от 5 -6 до 15 -20 км, возможно до 25 км – в зонах пассивных континентальных окраин с малым тепловым потоком. Пористость практически отсутствует. Объемный вес становится равным удельному. Основные процессы в метагенезе уже не физико-механические, а физикохимические и химические. Это, прежде всего перекристаллизация глинистых пород – аргиллитов и образование типично метаморфических пород – глинистых сланцев. Результат метагенеза – пестрая по степени измененности толща: 16 ней в чередуются метаморфические и лишь метаморфизованные осадочные породы.

Метаморфизм -это изменение горных пород под действием Метаморфизм температуры, давления и химически активных веществ, выделяющихся из магмы Виды метаморфизма Контактовый Региональный Динамический 17

Метаморфизм • 1 – региональный • 2 – динамо • 3 - контактовый 18

Круговорот пород 19

Магматизм -это явление, связанное с образованием в недрах Магматизм Земли, изменением и перемещением к ее поверхности жидких силикатных расплавов - магмы. Виды магматизма Интрузивный магматизм Эффузивный магматизм 20

Типы магм Выделяют три типа первичных магм – базальтовая, андезитовая и риолитовая (кислая) 21

Типы магматизма • Выделяют магматизм: • интрузивный (магма внедряется и застывает внутри • эффузивный (магма изливается на поверхность земли) 22

Взаимосвязь вулканизма и плитовой тектоникой • А – на океанских конвергентных границах литосферных плит развит преимущественно базальтовый вулканизм • В – на океанконтинентальных конвергентных границах развит преимущественно андезитовый и риолитовый тип С -плиты, двигаясь над горячими точками, прожигаются и на них возникают цепочки вулканических базальтовых вулканических построек 23 (подводных хребтов и островов)

• Комбинация многих процессов, связанных с тектоникой плит, формирует породный цикл: • 1 - на конвергентных границах происходит субдукция (погружение) литосферных плит и их плавление • 2 - на дивергентных границах магма поднимается и формирует океаническое дно (спрединг) • 3 – на океаническом дне и в прибрежной зоне постепенно накапливаются осадки и литифицируются • 4 – в континентальных условиях на стабильных плитах преобладают процессы выветривания, переноса продуктов разрушения и формирование новых осадков, вулканизм связан с «горячими точками» и мантийными плюмами • 5 – на ковергентных границах плиты, несущие континенты, сталкиваются и образуются горы, процесс спровождается значительным метаморфизмом 24 пород

Количественное соотношение пород • Горные породы бывают • магматическ ие • Осадочные • метаморфич еские 25

Система питания вулкана • Магма, которая образуется в частично разуплотненной астеносфере, поднимается через литосферу на поверхность и изливается в виде лавы 26

Формы магматических тел • Эффузивные породы • Образуют вулканические постройки, лавовые потоки, слои пепла и др твердых продуктов извержения • Интрузивные породы • образуют батолиты, дайки, силлы 27

Водо-нефтяные контакты • На водо-нефтяных контактах происходят сложные физикохимические процессы, приводящие как к разуплотнению матрицы породы, так и ко вторичной цементации пор 28