Катагенез органічної речовини
1. Загальні відомості про органічній речовині порід. Важливим компонентом осадових гірських порід є органічна речовина (ОВ). На відміну від зони діагенеза, де визначальним моментом є присутність живого ОВ, в зоні катагенеза присутній в більшості випадків мертве ОВ. Розрізняють дві великі групи ОВ: гумусовий (рослинні залишки наземного походження) і сапропелеві (остаshy-тки водних рослин і тварин переважно планктонного характеру). ОВ може бути присутнім в геологічному розрізі в концентрованому вигляді (пласти вугілля, торфу, горючих сланців, поклади нафти). Однак не менш істотне значення для перебігу геологічних процесів має розсіяне органічну речовину (РОР), яке в тій чи іншій кількості присутній практично в будь-якій породі. Процеси перетворення ОВ в зоні катагенеза супроводжуються виділенням газів (СО2
Зміст
В основі підходу до розчленування стадії катагенеза порід за ступенем измененности ОВ і методу визначення палеотемператур лежить шкала антралітіфікаціі, розроблена російськими вченими на чолі з І.І. Аммосова. Вона базується, головним чином, на вивченні гумусового ОВ, або кажучи простіше, вугільної речовини.
2. Шкала антралітіфікаціі. Поховання рослинних залишків у болоті призводить до утворення торфу, а при його зануренні в надра утворюються буре і кам`яне вугілля. Існує безперервний ряд прогресивних перетворень похованих ОВ від торфу до антрациту і графіту. Ці перетворення, звані вуглефікацією, або метаморфізмом вугілля, або антралітіфікаціей ОВ, полягають в складних процесах деструкції, полімеризації, поліконденсації органічних молекул і посилюються в міру збільшення глибини залягання і / або температури, і в меншій мірі тиску. Ряд таких перетворень наступний: торф буре вугілля [бурий пухкий (Б1) бурий щільний, матовий (Б2) бурий блискучий (Б3)] кам`яне вугілля [довгополум`яне (Д) газовий (Г) жирний (Ж) коксовий (К) отощённий спікливе (ОС) худий (Т) полуантраціт (ПА) антрацит (А)] графіт ( ГА). Наведені визначення вугілля називають марками вугілля. У міру посилення перетворюванності вугільної речовини від марки до марки змінюються склад, структура, фізичні і хімічні властивості вугілля. Безперервно збільшується вміст вуглецю (в торфі - 50-60%, в антрациті - 92-98%), зменшується вихід летючих компонентів, змінюються щільність, твердість, тимчасовий опір трещіноообразованію. Ці зміни супроводжуються безперервним збільшенням відбивної здатності одного з компонентів вугілля - витринита. [Подібно гірських порід, що складається з мінералів, вугілля складається з мацералов- вітрини - один з них].
Відбивна здатність вітриніту визначається під мікроскопом з використанням фотоелектронного помножувача за відсотком світла, відбитого від спеціальним чином полірованого аншліфа вугілля. Вимірювання можна проводити в повітрі і в иммерсионной середовищі, якої служить кедрова олія. Еталоном служить або оптичне скло, або алмаз з відомою відбивною здатністю. Відбивна здатність позначається так: Rїм, % (В іммерсіі), Rм, % (у маслі), Rв, % (В повітрі), 10Rв, усл.ед.
Відбивна здатність бурого вугілля (в 10Rв, усл.ед.) становить lt; 58-69, довгополум`яних - 70-76, газових - 77-82, жирних - 83-90, коксових - 91-97, отощённих спікливих - 98-107, худих - 108-116, полуантраціти і антрацитів - 117-gt ; 150. Безперервний ряд змін складу, структури і фізичних властивостей вугільної речовини, найбільш яскраво проявляються в збільшенні відбивної здатності вітриніту, і являє собою шкалу антралітіфікаціі ОВ.
Відео: ЄДІ з біології 2013 Органічні речовини клітини Відеоурок 2 Університет Синергія
Відбивна здатність вітриніту може вимірюватися не тільки в вугіллі, а й в РОР, а конкретніше, в вугільних включених малого розміру, які часто зустрічаються в породах різного складу, особливо в глинистих. Це дає можливість вивчати стадії антралітіфікаціі ОВ будь-яких порід і вивчати за цим критерієм ступінь катагенеза.
Збір колекції зразків для визначення відбивної здатності вітриніту РОР здійснюється наступним чином. При перегляді керна знаходяться зразки з добре помітними неозброєним оком углефіцірованная рослинними залишками. Вони у вигляді найтонших пластинок часто зустрічаються на площинах нашарування в глинистих породах або в глинистих прошарках інших порід. Готується невеликий зразок породи, до складу якого входить вугільне включення. Вимірювання відбивної здатності вітриніту проводиться не тільки і не обов`язково по включенню, яке було виявлено в керна, а й за іншими, набагато більш дрібним включень, які будуть виявлені в цьому зразку під мікроскопом. (Показати аншліфа з витринитом).
Використання і широке впровадження в практику методу оцінки ступеня катагенеза по відбивної здатності вітриніту пояснюється наступними причинами. 1) Відбивна здатність вітриніту змінюється поступово в ряду антралітіфікаціі від бурого вугілля до антрациту. 2) Відбивна здатність є надійним параметром оцінки стадії вуглефікації, так як оптичне вимірювання проводиться по одному мікрокомпонента вугілля - витринитом, а не по суміші микрокомпонентов, як це буває, коли вивчаються інші фізичні та хімічні властивості вугілля. 3) Определеshy-ня відбивної здатності під мікроскопом не вимагає складної підготовки зразка і відрізняється порівняльною простотою.3. Метод визначення палеотемператур по відбивної здатності вітриніту. Ми знаємо, що пластова температура збільшується з глибиною і в більшості регіонів, використовуючи дані вимірювання температур в свердловинах, можна з тією або іншою точністю оцінити температуру на будь-якій глибині. Це сучасна пластова температура. Чи завжди вона була такою, як зараз? Зрозуміло, що в міру занурення конкретного пласта в надра, тобто у міру його занурення, температура складають його порід і розчинів, що знаходяться в порах цих порід, росла. Значить, раніше, коли занурюється пласт був на меншій глибині, ніж зараз, його температура була нижчою за сучасну. А чи могла древня пластова температура (палеотемператур) бути вище сучасної? Виявляється, могла. Про це свідчать результати вивчення газово-рідких включень в катагенетіческіх мінералах.
Відео: Органічні речовини клітини
Багато мінерали в дефектах своєї кристалічної структури містять включення тих розчинів, з яких відбувалося мінералообразованіе. Під час кристалізації середу минералообразования є розчином з розчиненими в ньому газами, і є гомогенною (тільки рідкої). Якщо ж надалі температура середовища, в якій знаходиться мінерал, знизиться, відбудеться зниження розчинності газу в розчині і він виділиться в вільну фазу. В такому випадку включення стане гетерогенним: воно буде складатися з двох фаз (рідкої і газової) і буде називатися газово-рідким. Такі включення в галіте з девонських відкладень Прип`ятського прогину показані на фотографіях, зроблених під мікроскопом при великому збільшенні. У них ясно видно газова фаза, або, як кажуть, газовий пухирець. Якщо тепер включення нагріти, газ почне розчинятися у воді і при температурі, яка була в момент кристалізації мінералу, газовий пухирець зникне, відбудеться гомогенізація включення, воно стане однофазним. Ми розповіли про визначення температур (палеотемператур) минералообразования методом гомогенізації включень. Застосування цього методу показало, що в цілому ряді осадово-породних басейнів пластові палеотемператур були вище (іноді значно) сучасних. Підвищення пластової температури в осадовому чохлі басейнів мало місце в епохи тектонічної активізації.
Визначення палеотемператур має виключно важливе значення для вивчення катагенеза порід. Метод визначення палеотемператур за включеннями у мінералах володіє істотною перевагою: він дозволяє визначати температури в момент кристалізації мінералу. Але недоліком цього методу є те, що з його допомогою важко встановити максимальну температуру, яка була у відкладеннях даного басейну на протязі всієї його історії. Саме максимальна палеотемператур є дуже важливою характеристикою басейну.
Для визначення максимальних палеотемператур в осадової товщі існує метод, заснований на вимірюванні відбивної здатності вітриніту, головним чинником зміни якої є температура. І.І. Аммосов і В.І. Горшков, які розробили цей метод, зіставили відбивну здатність вітриніту і сучасну температуру в розрізі таких басейнів, де палеотемператур ніколи не перевищували сучасні. Вийшла палеотемпературная шкала, заснована на відбивної здатності вітриніту. Встановлено наступне приблизне відповідність відбивної здатності вітриніту і палетемператури: 70 ум.од. - 95 °C, 75 ум. ед.- 120 °C, 80 усл.ед - 145 °C, 85 усл.ед - 170 °C, 90 ум.од. - 190 °C, 95 усл.ед - 205 °C, 100 ум.од. - 220 °C, 105 ум.од. - 230 ° С і т.д.
Детальні палеотемпературние дослідження, засновані на методі відбивної здатності вітриніту, виконані для Прип`ятського прогину, дозволили встановити, що палеотемператур, які мали місце в девонських відкладеннях, були істотно вище сучасних (таблиця - зробити з табл.5.4 на стор.127 моєї жовтої книги, зробити першу і останню графи і додати графу сучасних температур). Значення палеогеотерміческого градієнта (в середньому 7 ° С / 100м) і палеотеплового потоку (5-7мккал / с.см2), Обчислені на підставі розподілу встановлених палеотемператур, наближаються до величин цих параметрів в районах сучасних рифтових систем. Прип`ятський прогин в своїй історії послідовно переживав стадії ранньої синеклизи (ейфельского-среднефранское час), рифтового грабена (позднефранско-среднетріасовое час) і пізньої синеклизи (з пізнього тріасу до теперішнього часу). Рифтовая стадія, коли власне і сформувався прогин, характеризувалася активною прогином, освітою глибинних розломів, вулканізмом. Саме ця стадія відрізнялася напруженим геотермическим режимом, коли і були досягнуті температури, зафіксовані в відбивної здатності вітриніту.
Отже, катагенетіческіе зміни порід, які ми спостерігаємо, дуже часто протікали ні до тих температурах і тисках, які сьогодні реєструються в розрізі. І одна з завдання стадіального аналізу - виявити ті термобарические параметри, які відповідають спостережуваним катагенетіческім перетворенням.
4.Шкала катагенеза, заснована на ступені антралітіфікаціі РОР. Закономірне зростання ступеня антралітіфікаціі РОР з ростом температури, хороша кореляція ступеня антралітіфікаціі з відбивною здатністю витринита РОР, майже постійне прісуствіе РОР в осадових породах і, нарешті, технічна простота вимірювання відбивної здатності вітриніту - ось ті підстави, які дозволили відомому російському геологу-нафтовикові Н. Б.Вассоевічу запропонувати систему оцінки ступеня (шкалу) катагенеза осадових порід, що базується на зміні ступеня антралітіфікаціі РОР в геологічному раз резе. Схема Н.Б.Вассоевіshy-ча, показана в таблиці (прикладена в рукописному вигляді), знайшла широке застосування в нафтовій геології, де він показав, як важливо визначити зони, температурні параметри яких обумовлювали освіту вуглеводнів і накопичення їх у вигляді покладів.
5. Кореляція катагенетіческіх змін органічної та мінеральної складових порід. Цікаво зіставити ступінь антралітіфікаціі ОВ і ступінь і характер перетворень мінеральної частини осадових порід. Важливо відзначити, що класифікації процесів катагенеза, побудовані на оцінці ступеня зміни мінеральної частини порід набагато менше детальні, ніж наведена в таблиці шкала катагенеза, заснована на ступені антралітіфікаціі ОВ. Це пов`язано з тим, що ОВ значно більш чутливо до зміни термобаричних умов, ніж мінеральна частина порід. Незважаючи на це, паралельне вивчення перетворень мінералів і ОВ показує, що між цими процесами існує досить чітка кореляція. Наведемо кілька прикладів.
Н.В. Логвиненко, вивчаючи теригенні породи карбону Великого Донбасу, встановив, що конформні і інкорпораціонних структури і регенераційно-кварцеshy-ші цементи в пісковиках з`являються тільки в підзоні мезокатагенеза, починаючи з тих зон, де присутня вітрини марки Ж. Широке ж розвиток регенерації кварцу і структур розчинення під тиском, включаючи сутурние контакти, відзначається глибше в підзоні апокатагенеза в асоціації з вугільним речовиною, що знаходиться на стадіях худого вугілля і антрацитів.
У межсолевих девонських відкладеннях Прип`ятського прогину встановлені наступні співвідношення між перетвореннями органічної і мінеральної складовими порід. Вітрини марки Д поширений переважно у верхній частині розрізу. Максимальна кількість випадків народження (70%) такого витринита доводиться на глибини 2300-2900 м. [Треба зауважити, що в одному і тому ж глибинному інтервалі, і навіть в одному штуфи породи можуть зустрічатися витринитом різних марок, що пов`язано з нерівномірним прогріванням порід, можливістю переотложения рослинних залишків, помилками при замірах в разі неякісно виготовлених аншліфов- тому необхідно застосовувати статистичні методи обробки даних]. Вітрини Г з`являється з глибини 2600 м, і максимальна кількість випадків його народження (42%) зареєстровано в інтервалі 2900-3200 м. З глибини 3200 м з`являється вітрини Ж, і в інтервалі 3200-3500 м зафіксовано 80% всіх випадків. Тут же з`являється вітрини марки К. В тих частинах розрізу, яким властиво присутність витринита марок Д і Г (до глибини 3100-3300 м), а це переважно зони Прирозломного підняттів, встановлені структурно-текстурні, мінералогічні та фізичні характеристики порід, властиві підзоні початкового катагенеза. Це повне збереження первинних текстур, початок зміни структур (корозія зерен польового шпату і кварцу, деформація буттям, рідкісна регенерація кварцу і польового шпату), гідратізація буттям, слабка зміна глинистого речовини, наявність глин і аргиллітоподібної глин, слабка перекристалізація карбонатної речовини. Щільність глинистих порід - 2,28-2,31 г / см3, піщаних порід - 2,10-2,50 г / см3, відкрита пористість глин і мергелів - 5-13%. У зонах Прирозломного опусканий (глибини понад 3100-3300 м), де присутня вітрини марок Ж і К, породи несуть на собі сліди перетворень, характерних для підзони глибинного катагенеза. Тут відзначені початок зміни текстур, сильна зміна структур (масове розчинення уламкового матеріалу, значна регенерація кварцу і польового шпату), ldquo-аморфіshy-заціяrdquo- і хлорітізаціі буттям, освіту гідрослюд 1М, наявність аргиллитов, перекристалізація карбонатної речовини. Щільність глинистих порід - 2,46-2,51 г / см3, піщаних порід - 2,24-2,65 г / см3, відкрита пористість аргиллитов і мергелів - 0,5-2,0%. (Інформацію по Прип`ятського прогину для підручника, можливо, дати не у вигляді тексту, а у вигляді таблиці).
