Основные понятия о процессах породообразования Часть 1
Литогенез (породообразование) Возникновение и изменение осадочных пород - ряд последовательных закономерных процессов, происходящих в различных термодинамических и физико-химических условиях, определяющих их строение и минералогический состав. Выявление в породе многостадийной истории ее формирования представляет собой задачу стадиального анализа. СТАДИИ ЛИТОГЕНЕЗА Диагенез Катагенез Метагенез
Диагенез Термин "диагенез" введен К. В. Гюмбелем и Й. Вальтером и означает "перерождение" или "преобразование". ". . . Диагенез есть стадия физико-химического уравновешивания многочисленных реакционно-способных веществ с противоречивыми свойствами, возникшими при образовании осадка. Уравновешивание происходит в термодинамических условиях, близких к поверхностным (в общем, низкое давление и низкая температура), за счет внутренних запасов энергии в веществах, слагающих осадок". Н. М. Страхов (1933), 1. Результатом диагенетических преобразований является перерождение осадка в горную породу. 2. Основой такого перерождения служит отсутствие физикохимического и биохимического равновесия: процесс преобразования или "старения" осадка выражается в создании такой равновесной системы, в которой составные части приспособились для совместного существования. 3. Диагенез ведет к уменьшению числа компонентов породы.
ФАКТОРЫ ДИАГЕНЕЗА 1. Высокая (более 50 %, в глинистых осадках – 8090 %) влажность, 2. Обилие биогенного вещества, 3. Изменчивые окислительно-восстановительные потенциалы, 4. Высокая концентрация веществ в иловых водах, обеспечивающая широкий диффузионный обмен ионов и газов, 5. Время. Существо диагенеза во многом заключается в преобразовании исходно захороненной в осадке воды под влиянием взаимодействия с твердой фазой осадка
ВЫСОКАЯ ВЛАЖНОСТЬ создает условия для реакций в растворах и облегчает диффузный обмен и приводит к растворению твердой фазы, гидролизу силикатов и гидратации
БИОГЕННОЕ ВЕЩЕСТВО (ЖИВАЯ ЭНЕРГИЯ) 1. Обуславливает обилие бактерий (в 1 г песчаного осадка – десятки и тысячи бактерий, а в 1 г ила – до миллиона клеток) 2. Способствует интенсивной переработке осадка и создает благоприятные условия для протекания геохимических и минералообразовательных процессов 3. Уничтожает растворенный в воде кислород, 4. Восстанавливает окислы Fe, Mn, Cr и другие, 5. Разрушает рассеянное в осадке ОВ с выделением СО 2, Н 2, NH 4, СH 4, Н 2 S. 6. Разлагает клетчатку: лигнин превращается в гуминовые кислоты, белки дают аминокислоты, высвобождаются P, S и другие химические элементы. 7. Состав - бактерии сульфатредуцирующие, метановые, тиобактерии, железобактерии, нитрофикаторы и др. 8. Максимальное содержание бактерий приурочено к верхним 2030 cм осадка, ниже – их число резко уменьшается, аэробные бактерии сменяются анаэробными.
МИНЕРАЛОГО-ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОСАДКОВ Определяет скорость и интенсивность физико-химических процессов, т. к. в разных типах осадков в зависимости от растворимости веществ диагенез протекает по-разному.
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ 1. Окислительные условия - в верхней зоне 2. 3. 4. 5. осадка (0 -1 м и больше, в илах часто меньше 1 см) Восстановительные, возникающие вследствие жизнедеятельности бактерий и разложения органического вещества, - ниже. Граница между окислительной и восстановительной зонами - важный геохимический рубеж, где активизируются процессы диффузии, дегазации и дегидратации породных компонентов. Глубже р. Н часто снова повышается до 7 -7. 5. Eh и р. Н меняются от берега к центру моря или океана: от окислительных и кислых до восстановительных и щелочных (но в океанских красных глинах – снова до окислительных условий). Эти параметры меняются и по типам осадков (пески обычно менее восстановлены по своим иловым водам, чем глинистые и другие тонкие осадки, карбонатные имеют щелочную реакцию).
РЕЗКАЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ НЕРАВНОВЕСНОСТЬ ОСАДКА Нарушение которого вызывает либо растворение, либо кристаллизацию твердых фаз
ВРЕМЯ 1. С ним связана скорость осадконакопления, определяющая длительность нахождения осадка в зоне диагенеза и соответственно химических реакций. 2. Чем выше скорость осадконакопления, тем менее преобразованными в диагенезе остаются осадки. 3. Глубина наиболее интенсивных диагенетических процессов - от 10 до 50 и более м, 4. Продолжительность – десятки и сотни лет.
ДВИЖУЩИЕ СИЛЫ ДИАГЕНЕЗА 1. Количество и качество биогенного вещества – захороненной солнечной энергии 2. Общая неравновесность осадка 3. Отчасти энергия химических реакций (экзотермических) 4. Радиоактивный распад.
ГЛАВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ДИАГЕНЕЗА ДЕГИДРАТАЦИЯ ОБМЕН КАТИОНОВ ИЛИ ОСНОВАНИЙ АДСОРБЦИЯ ИОНОВ ГИДРОЛИЗДЕГИДРОЛИЗ КАРБОНАТИЗАЦИЯДЕКАРБОНАТИЗАЦИЯ ОКИСЛЕНИЕВОССТАНОВЛЕНИЕ
ДЕГИДРАТАЦИЯ-ГИДРАТАЦИЯ Гипс Ca. SO 4+2 H 2 O ангидрит Ca. SO 4 x 2 H 2 O ОБМЕН КАТИОНОВ ИЛИ ОСНОВАНИЙ Сохраняется структурный план решетки и баланс электрических зарядов Биотит хлорит или каолинит (в разных ус-ях) Кальцит доломит ГИДРОЛИЗ-ДЕГИДРОЛИЗ Гидролитическое расщепление с высвобождением в иловый раствор различных катионов и минералов. Превращение неустойчивых в устойчивые. В итоге сильно возрастает концентрация веществ в иловых растворах по сравнению с донными водами. Оливин 2 Mg 2 Si. O 4+2 H 2 O. 2 H O+Mg(OH) 2 2 КПШ серпентин 3 Mg. O. 2 Si. O 2 каолинит
АДСОРБЦИЯ ИОНОВ В коллоидных и глинистоколлоидных фазах. Частицы глинистых минералов (ионы) адсорбируют различные катионы. Происходит резкое обеднение редкими элементами поровых вод. Так, в осадочных Fe рудах всегда есть много Se, Pb и As. КАРБОНАТИЗАЦИЯДЕКАРБОНАТИЗАЦИЯ Карбонатизация – при активном оттоке СО 2 вверх кристаллизация агрегатов Са. СО 3, либо Fe. CO 3 + цементация глинистоалеврито-песчаных частиц (возникновение конкреций) Декарбонизация – насыщение газами СО 2 (бактерии + разное ОВ) обеспечивает растворение ОКИСЛЕНИЕ-ВОССТАНОВЛЕНИЕ карбонатных примесей в глинистом, Восстановление при смене окислительной об алевритовом или песчаном осадке -ки на восстановительную растворение мелких раковинок или Fe + Fe 2+ = гидроиллит перекристаллизуется кристаллов Са 3 + S ионы в воде ь ест нет Красно-бурая порода пирит сидерит темно-серая или зеленовато-серая
ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ДИАГЕНЕЗА 1. РАСТВОРЕНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ твердых фаз осадка (большая роль р. Н и Еh среды, состава атмосферы, давление, температура, жизнедеятельность организмов); 2. АУТИГЕННОЕ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ за растворением и восстановлением. (распространены сульфиды железа, окислы и гидроокислы, сульфаты, карбонаты, фосфаты, силикаты);
3. ГИДРОЛИТИЧЕСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ силикатов и других минералов, ОВ , образование устойчивых минеральных модификаций (арагонит переходит в кальцит, опал – в халцедон и др. ); 4. ДЕГИДРАТАЦИЯ (обезвоживание) или ГИДРАТАЦИЯ (водные соединения) осадка (первично до 85 % воды, вода отжимается, насыщая вышележащие толщи); 5. ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВА - выпадение из раствора в твердую фазу любого вещества создает градиент концентрации (разницу между насыщенными и ненасыщенными этим компонентом участками). Ионы перемещаются от насыщенных к ненасыщенным объемам осадка при проницаемости для диффузии вещества;
6. ОБРАЗОВАНИЕ КОНКРЕЦИЙ Возникшие микроконкреции постепенно увеличиваются в размерах и объединяются. Закон действия масс приводит к растворению мелких и перетягиванию их вещества – конкрециеобразователя к более крупным.
7. УПЛОТНЕНИЕ ОСАДКА под действием веса вышележащих пластов (плотность осадка у глинистых илов увеличивается с 1. 2 до 1. 6 -1. 7 г/см 3; у песчаников – с 1. 5 -1. 7 до 1. 7 -1. 9 г/см 3);
8. ПЕРЕРАБОТКА ОСАДКА ОРГАНИЗМАМИ И, в первую очередь, бактериями. Наиболее характерен для тонкодисперсных илов с повышенным содержанием биогенного вещества.
Скачать презентацию Основные понятия о процессах породообразования Часть 1
06_Диагенез.ppt