Основные понятия о процессах породообразования Части 2 -3
Схемы стадий литогенеза и их главные факторы
КАТАГЕНЕЗ 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. Параметры стадии • «Катагенез –это стадия изменения вещественного состава и структуры осадочных пород в стратисфере при повышенных давлениях в диапазоне от 10 до 200 МПа • и температуре от 25 до 2000 С (± 250 С) • в присутствии и • при активном участии подземных вод и • (или) поровых растворов» (Логвиненко, Орлова, 1987).
1. Основные изменения осадочных пород на стадии катагенеза наследуют процессы диагенеза: уплотнение пород, их дегидратация, растворение неустойчивых соединений, но минералообразование и перекристаллизация начинаются уже катагенетические. 2. В катагенезе процессы физикомеханические сменяют химические, преобладающие во время диагенеза в осадке.
Основные факторы катагенеза 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Температура Давление Состав поровых вод Минерально-химический состав пород Подземные воды Тектонические движения Геологическое время
Температура Оказывает влияние на растворимость минералов и газов, на скорость химических реакций, на особенности физической структуры воды (например, вязкость). Геостатическое давление обусловливает сложный комплекс процессов, связанных с отжимом растворов, течение пластических масс (например, солей). Давление Гидростатическое давление определяет скорость движения подземных вод, степень и характер их воздействия на породы. Стрессовое (тангенциальное) давление усложняет структуры и текстуры - продукт геостатического давления.
Подземные воды Минералогохимический состав пород Минерализация подземных вод увеличивается с глубиной: пресные воды 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.
Тектонические движения Время Обусловливают проявления рассмотренных выше факторов катагенеза: орогенные процессы – проявление 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
Условия катагенеза весьма стабильны в пространстве и времени: Глубина зоны катагенеза в литосфере достигает 4 -8 км, Температура у кровли – 30 -50°, у подошвы – 150200°, Давление – от первых сотен до 120200 МПа. Длительность стадии достигает 1. 5 млрд. лет, что несравнимо продолжительнее стадии диагенеза.
Подстадии катагенеза 1. Нефтяники, учитывая процесс углефикации, выделяют 8 градаций катагенеза или 12 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 микроструктур терригенных пород – глины переходят в аргиллиты. Ранний, или начальный, катагенез примерно соответствует протокатагенезу - ПК (ПК 1 -3), а поздний, или глубинный – мезокатагенезу – МК (МК 1 -5). Апокатагенез (АК) отвечает вероятно метагенезу.
Ранний катагенез сменяет диагенез на глубинах около 100 м и охватывает зону температур от 30 -50° до 100° и давлений от 100 -200 до 700800 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 замещение их филлосиликатами. силикатов т. е. стадийное Поздний катагенез охватывает зоны температур от 75 -80° до 200280°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.
Катагенические изменения глинистых пород При температуре более 100 ОС (начало позднего катагенеза) характерны процессы трансформации глинистых минералов. Биотит частично пакетами хлорита и иллита, из кристаллической решетки выводятся излишки Si. O 2, Fe. O, Ti. O 2 в форме мельчайших аутигенных кристалликов кварца, сидерита, рутила и др. При завершении катагенеза все иллиты 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 м 3 глин приходится 100 -110 кг H 2 O. Мощность их - 1000 м, а площадь катагенетической иллитизации ˜ 9000 км 2. Суммарное кол-во высвободившейся воды составило 1. 1012 т, что только на 1 порядок уступает объему Каспия (75. 1012 т).
Схема трансформирования кристаллической решетки монтмориллонита в иллитовую: 1 -2 – анионы 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).
Катагенические изменения терригенных пород В чистых разностях типа баровых песков возникают 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 конформнорегенерационные, как результат гравитационной коррозии обломочных зерен и переотложения кремнекислоты в виде регенерированного кварцевого цемента
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. а – ранний катагенез, б-в – поздний катагенез. Состав обломков – Q-кварц, PLплагиоклаз, L-литокласты, Bi- биотит. Аутигенные образования – q-кварц (поровый и регенерационный), h-хлорит, s-гидрослюда и серицит, а – альбит, ломонтит, са – кальцит, е – эпидот.
Катагенические изменения кремневых и карбонатных пород Ранний катагенез – кремневые породы сложены в основном опалом, перекристаллизуемым на стадии позднего катагенеза в халцедоновые или кварц-халцедоновые криптозернистые агрегаты (яшмы, кремни, фтаниты). 1. Карбонатные породы в раннем катагенезе характеризуются интенсивной перекристаллизацией. 2. Цементация аутигенным кальцитом интенсивнее в чистых разностях – биокластовых, био-литокласовых, биоморфных известняках. 3. Терригенные и пелитовые примеси препятствуют катагенетической измененности из-за последовательной трансформации силикатов, алюмосиликатов и кварца (т. е. их компонентов). 4. В позднем катагенезе возрастает степень кристалличности пород, метасоматическое окремнение и изоморфно-минеральные превращения: кальцит доломит и др. Например, при воздействии рассолов и соленых вод с Mg 2+ на органогенные известняки могут формироваться мощные тела кристаллических доломитов в парагенезе с гипсом или ангидритом. 2 H 2 O + 2 Ca. CO 3 + Mg. SO 4 кальцит соленый раствор Ca. Mg(CO 3)2 + Ca. SO 4. 2 H 2 O гипс доломит
Развитие процессов уплотнения и растворения под давлением в органогенном известняке по мере увеличения глубины залегания (сверху вниз): 1– раковины остракод и брахиопод; 2 – остатки иглокожих; 3 – остатки мшанок (по Махнач, 2000).
Метагенез (Апогенез –в нефтяной геологии, анхиметаморфизм – в англоязычной литературе) Двойственность наименований отражает место данной стадии после катагенеза, но до 100%-ной метаморфизации осадочной толщи Метагенез
Считается, что метагенез – это наложенная стадия, обуславливаемая резкими сменами геодинамического режима, вызывающими деформацию толщ и подток горячих эндогенных флюидов Сущность структурно-вещественных изменений флюиднопородной системы при метагенезе состоит в том, что при ее вхождении в напряженные термобарические условия (глубже изотерм 200250 ОС и давлениях свыше 200 МПа) элизионный режим гидрохимических процессов сменяется диффузионно-метасоматическим. Господство химических реакций между твердыми минеральными частицами уменьшается, поэтому активизируется диффузия ионов к границам этих частиц.
Метагенетические изменения в терригенных породах 1. Массовое окварцевание периферийных участков обломочных 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 3. Развитие параллельно ориентированных швов флюидоразрывов ти текстур кливажа в результате анамально высокого водно-флюидного давления
А – лепидобластовая структура и сланцеватая текстура глинистых сланцев; Б – лепидокластовая структура и начально-сланцеватая текстура глинистых песчаников. 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. Аргиллиты глинистые сланцы филлитовидные сланцы (шелковистый блеск)
Основные процессы в метагенезе физикохимические и химические. Это перекристаллизация глинистых 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
Изменение минерального состава пород сопровождается перестройкой их структуры: укрупнением зерен, упорядочением их ориентации, развитием структур растворения под давлением и регенерационных; минеральные зерна приобретают призматическую и таблитчатую форму с ориентацией большой грани перпендикулярно направлению давления
1. В глинистых породах помимо лепидобластовой структуры развивается кливаж течения и разрыва и формируется сланцеватость, не совпадающая часто в складчатых толщах со слоистостью. Они распространяются и на тонкие пласты алевролитов и песчаников. 2. 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. 3. Карбонатные породы превращаются в более крупнокристаллические мраморы. 4. Кремневые породы становятся микрокварцитами, сохраняющими внешние черты и текстуру первичных пород, поэтому их называют кремнями, яшмами, фтанитами или яшмокварцитами, фтанитокварцитами или силицитокварцитами. 5. 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, PLплагиоклаз, L-литокласты. Аутигенные образования – q-кварц (поровый и регенерационный), h-хлорит, s-гидрослюда и серицит. Структуры – i-инкорпорационные, rgрекристаллизационно-грануляционные бластические.
Таким образом, 1. Формирование осадочных горных пород – процесс длительный и многофакторный, направленный на постоянное, медленное и почти постепенное изменение вещества осадков и пород. 2. Начальные стадии этого процесса протекают при взаимодействии с наддонной водой, атмосферой и гидросферой – в условиях открытой системы. 3. Граница между ними проходит по кровле зоны диагенеза и является своеобразным геохимическим барьером, отделяющим поверхностные условия осадкообразования (седиментогенез) от биохимических условий породообразования (диагенез), физикомеханических и физико-химических условий породопреобразования (катагенез и метагенез).
Регрессивный эпигенез (иногда именуемый регрессивным катагенезом) Регрессивный метаморфизм или диафторез – процессы 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 физикохимических свойств: 1. Разуплотнение 2. Карбонатизация терригенных континентальных отложений 3. Каолинизация пестроцветных отложений аридных зон (для которых каолинит не характерен)
Скачать презентацию Основные понятия о процессах породообразования Части 2 -3
07_Катагенез_метагенез.ppt