Перетворення карбонатних і евапорітових відкладень
Головна особливість карбонатних і особливо евапорітових відкладень, яка істотна для їх катагенеза, це більш висока в порівнянні з теригенними відкладеннями розчинність складають їх мінералів. Тому карбонати і евапоріти відрізняються підвищеною схильністю до катагенетіческім перетворенням.
Зміст
перетворення карбонатів
Основними процесами катагенеза, які управляються переважно Термобарический фактором, для карбонатних відкладень є різні види ущільнення (механічне ущільнення, розчинення під тиском), перекристалізація, цементація, гідроліз. Причому, провідну роль у всіх перетвореннях, за винятком останнього, грає тиск. - кращий портал оренди нерухомості, який вже 15 років на ринку нерухомості Одеси. На даному порталі нам вдалося зняти квартиру в Одесі за хорошою ціною і за короткий проміжок часу.
1. Механічне ущільнення і розчинення під тиском. Виділяється два типи ущільнення карбонатних відкладень, обидва з яких обумовлені зростанням навантаження накопичуються пластів або, рідше, тангенціальними напруженнями, пов`язаними з тектонічними дислокаціями. Перший - механічне ущільнення, яке полягає в більш щільною упаковці зерен, їх деформації і переорієнтації без участі хімічних процесів. Другий тип - розчинення під тиском, яке призводить до зменшення обсягу зерен і кристалів цементу і таким чином обумовлює більш щільну упаковку зерен.
Раніше ми розглянули процес ущільнення глинистих відкладень і переконалися, що для них, в зв`язку з дуже повільної літіфікаціей, процес механічного ущільнення на стадії катагенеза дуже істотний. Як же йде справа з карбонатами, багато фаціальні типи яких (рифогенними, надпрілівние, межпрілівние, подпрілівние мілководні) літіфіціруются швидко? Наскільки важливий процес механічного ущільнення для розуміння їх катагенетіческіх змін?
Є три сторони відповіді на це питання.
1) При накопиченні товщі карбонатних відкладень в стійко прогинаються басейнах розвиваються настільки високі тиску навантаження верхніх шарів, що процес механічного ущільнення проявляється навіть у консолідованих карбонатних породах. Крім того, що протікають на стадії катагенеза процеси розчинення карбонатів з утворенням порожнин, послаблюючи каркас породи, дають додаткову можливість для механічного ущільнення.
2) Розглядаючи гравітаційне ущільнення глинистих відкладень, ми відзначали, що присутність карбонатної домішки прискорює завершення цього процесу. Точно так же, добавка глинистої домішки до карбонатного матеріалу сприяє розтягуванню процесу механічного ущільнення на більший діапазон глибин і на більший відрізок часу. Типове виразом процесу механічного ущільнення є, наприклад, часто зустрічаються сплощень формені елементи карбонатних порід, наприклад ооліти (рисунок 1 з Chanda).
3) У багатьох випадках карбонатні відкладення, що накопичуються в будь-яких фаціальних умовах, досить неоднорідні за складом, що може бути пов`язано як з умовами накопичення опадів, так і діагенеза. Наслідком цього буває різна швидкість літіфікаціі в різних зонах пласта. Тому в одних зонах пласта механічне ущільнення може бути проявлено сильніше, в інших слабше. Типовий приклад такого неоднорідного розподілу процесу механічного ущільнення можна спостерігати в пластах містять конкреції (малюнок 2 з Chanda).
Таким чином, процес механічного ущільнення грає важливу роль в катагенез карбонатних відкладень.
Не менш важливу роль відіграє процес розчинення під тиском. Він, подібно до аналогічного і розглянутому вище процесу в піщаних породах, є результатом підвищеної розчинності карбонатів у водному плівці на контактах між їх зернами. Оскільки карбонатні мінерали розчиняються значно краще кварцу і польового шпату, то в карбонатних відкладеннях процес розчинення під тиском починається вже в діагенезе і активно розвивається в початковому катагенез тобто значно раніше, ніж в теригенних породах. Так само, як і в пісковиках, в карбонатних породах можна спостерігати конформні, опукло-увігнуті і сутурние контакти між зернами (рисунок 3 з Bathurst).
Відео: Форми кальцію: Глюконат, Карбонат, Хлористий (хлорид), Хелат, Цитрат, Оксид (відгуки / застосування / показання)
У зв`язку з неоднорідністю порід і неоднорідним розподілом в них тиску процесу розчинення можуть піддатися а) окремі зерна, б) формені елементи (ооліти, жовна, раковини і ін.) Порід, в) значні ділянки породи, включаючи і формені елементи, і цементуючу масу . В останньому випадку утворюються стілоліти, добре помітні в зразках неозброєним оком, так як в стилолітові швах концентрується нерозчинний розсіяний в породі глинистий матеріал. Масштаби прояву процесу розчинення в трьох зазначених випадках різні, але суть явища одна і та ж. У тих випадках, коли відкладення ще не цілком літіфіціровани, місця прояви процесу розчинення можуть бути обмежені стиками найбільш твердих компонентів, наприклад оолітов (рисунок 4 з Chanda). Коли порода вже повністю консолідованою, процес поширюється і на цементуючу масу з утворенням справжнього стілоліта (макростілоліта) (рисунок 5 з Chanda).
Американські літологію Т.М. Бакстон і Д.Ф. Сіблі пропонують розрізняти три основних типи форм розчинення під тиском: власне стілоліти, шви розчинення і ldquo-армірованнуюrdquo- текстуру (малюнок 6 Buxton, Sibley в комбінації з Bathurst). Власне стілоліти, серед яких зустрічаються форми з різною амплітудою і частотою зубців, характерні для масивних, майже без глинистої домішки, швидко літіфіцірующіхся карбонатів. ldquo-Арматурнаяrdquo- текстура в поєднанні зі швами розчинення властива шаруватим, більш глинистим, повільно літіфіцірующімся карбонатних відкладень.
Процес розчинення під тиском може приводити до розчинення значних обсягів карбонатного матеріалу, до зміни структури і текстури відкладень, до утворення своєрідної неседіментаціонной шаруватості порід. Малюнок 7 (Beiersdorf) Демонструє, як в результаті цього процесу відбувається скорочення карбонатного розрізу і злиття декількох стилолітові швів в один.Оскільки розчинення під тиском - це процес, який протікає головним чином в літіфіцірованних (твердих) зонах карбонатних пластів, саме в таких зонах створюються умови для розвитку тиску на міжзернових контактах, то механічне ущільнення часто передує розчиненню під тиском (рисунок 8 Moller). З іншого боку, в неоднорідних карбонатних породах різні складові частини характеризуються різною піддатливість розчиненню і механічному ущільненню. Тому нерідко виявляються ознаки одновременнно (паралельного) протікання процесів і механічного, і хімічного ущільнення. Такий випадок показаний на малюнку 9 (Meyers).
Процес розчинення під тиском найчастіше протікає під впливом тиску перекривають відкладень, тобто під впливом тиску, яке направлено нормально або майже нормально до горизонтальної поверхні (шаруватості порід). Однак цей процес розвивається і при розвитку бічного (тангенціального) тиску. Це буває в зонах тектонічних порушень. Свідченням такого явища бувають, наприклад, негоризонтального стілоліти (малюнок з моїх архівів) і своєрідна форма карбонатних жовен (рисунок 10 Moller) В карбонатних породах.
2. Перекристалізація. Це метасоматичні заміщення одних кристалічних зерен іншими кристалічними зернами того ж хімічного складу. Процес протікає через фазу розчинення, яке супроводжується негайною кристалізацією. Найчастіше перекристалізація веде до укрупнення кристалічної структури породи. Цей тип процесу зазвичай називають просто перекристаллизацией. Рідше застосовують термін ldquo-збірна перекрісталлізаціяrdquo-, тим самим підкреслюючи, що малі зерна як би збираються в більші. У зарубіжній літературі в таких випадках говорять про ldquo-аградаціонном неоморфізмеrdquo-. У тих випадках, коли перекристалізація супроводжується зменшенням розміру зерна, в російськомовній літературі застосовується термін ldquo-грануляціяrdquo-, а в західній - ldquo-деградаційний неоморфізмrdquo- (або ldquo-мікрітізаshy-ціяrdquo-).
Збірна перекристалізація. Для опису процесу важливо знати морфологічні типи перекристалізації. Існує ряд класифікацій морфологічних типів перекристалізації. Розглянемо одну з найбільш вдалих схем, розроблену Г.А. Каледи і Е.А. Калістово. [До речі важливо помітити, що свідомо не перекристалізованої вважається карбонатная порода пелітоморфних структури, тобто з розмірами кристалів lt; 0,01 мм-такі кристали невиразні в поляризаційному мікроскопі при будь-яких збільшеннях].
Розсіяна перекристалізація характеризується тим, що серед мікрозернисті або пелітоморфних масиспостерігаються окремі більші карбонатні зерна. Досить часто цей тип перекристалізації спостерігається в пелітоморфних і мікрозернисті тонкослоістих вапняках з домішкою мелкодетрітового матеріалу.
Агрегатно-розсіяна перекристалізація відрізняється від попереднього типу тим, що більші зерна карбонату утворюють скупчення (агрегати) серед мікрозернисті і / або пелітоморфних маси. Цей тип перекристалізації характерний для тих же типів порід, що і розсіяна, і являє собою її розвиток.
Прожілковая перекристалізація властива таким породам, в яких серед мікрозернисті карбонатного матеріалу спостерігаються прожилки більш крупнозернистою структури. Прожилки перекристалізації відрізняються нечіткістю обмежень від зазвичай чітко відокремлених в породі тріщин, виконаних карбонатними мінералами. Разом з тим, треба собі уявляти, що в ряді випадків прожілковая перекристалізація розвивається по тонким тріщинах.
Мереживна перекристалізація - це подальший розвиток агрегатно-рассеянshy-ної і прожилковой перекристалізації. Скупчення більших карбонатних кристалів у вигляді різних візерунків роз`єднують мікрозернисті масу на окремих ділянках.
Плямиста перекристалізація виражається у виникненні порівняно великих скупчень перекристалізованої зерен серед мікрозернисті маси. Від агрегатно-розсіяною перекристалізації вона відрізняється більшим розміром ділянок, складених перекристалізованої карбонатом.
Хмарно перекристалізація - результат найбільш далеко зайшов процесу. При цьому порода виявляється перекристалізованої повністю. Іноді в ній залишаються релікти неперекрісталлізованного або слабо перекристаллизованного карбонату, зокрема у вигляді формених елементів таких, як, наприклад, пелети.
Пойкілітових перекристалізація характеризується тим, що окремі, часом досить значні, ділянки породи виявляються складеними монокристалічним карбонатом або зернами з однаковою оптичною орієнтуванням, в які включені фрагменти більш дрібнозернистого карбонату.
Відео: Як прибрати іржу з металу? Перетворити іржі - Кебо кавітант
Основними факторами збиральної перекристалізації є а) зміст домішки глинистого і органічного речовини-б) структурно-текстурshy-ні особливості порід-в) тиск і температура-г) підземні води.
Домішка глинистого матеріалу і органічної речовини чинять гальмівний вплив на перекристаллизацию, так як ускладнює доступ до зернам водних розчинів, в середовищі яких відбуваються процеси розчинення і осадження речовини, що становлять суть перекристалізації. Крім того, глиниста і органічна домішка володіючи за своєю природою пластичними властивостями, ускладнює розвиток тиску на контактах між карбонатними зернами, що необхідно для розвитку перекристалізації.
Структурно-текстурні особливості порід тісно пов`язані зі змістом в них некарбонатних домішок. Щодо глибоководним тонкослоістую известнякам, які зазвичай бувають глинистими, бітумінозних і спочатку володіють пелітоморфних структурою, властива зачаткова перекристалізація або навіть її повна відсутність. Для мілководних масивних вапняків з органогенних текстурами, які, як правило, містять мало глинистої домішки і ще від стадії діагенеза успадковують більший розмір зерна і велику пористість, ніж тонкослоістие депресійні вапняки, характерна більш розвинена перекристалізація.
Комбінований вплив термобарического фактора (головним чином тиску) і фактора підземних вод на катагенетіческую перекристаллизацию виражається, перш за все в тому, що вона ініціюється процесом розчинення під тиском у водному межзерновой плівці.
Зростання тиску і температури сприяють розвитку перекристалізації. Роль цього фактора особливо чітко проявляється в зоні метаморфізму, де в результаті цього процесу осадові карбонатні породи перетворюються в мармури.
[У даній лекції ми розглядаємо перекристаллизацию, яка має місце в процесі занурення порід. У верхніх частинах зони катагенеза, де функціонують швидко рухомі прісні інфільтраційні підземні води, також протікає процес перетворення карбонатних порід зі збільшенням розміру зерен. Однак перекристалізація це? Тут укрупнення структури карбонатів не пов`язане з процесом розчинення під тиском і виражається в розчиненні і переотложении карбонатного матеріалу рухається водним потоком. Цей процес, мабуть, являє собою не перекристаллизацию, а комбінацію розірваних в часі процесів розчинення і цементації].
Відео: Глюконеогенез і м`язовий катаболізм. Перетворення білків і амінокислот в глюкозу
Грануляція. Процес грануляції, тобто перекристалізації зі зменшенням розміру зерна, поширений набагато рідше, ніж збірна перекристалізація. Грануляція неодноразово описувалася для органогенних відкладень, де вона зачіпає зазвичай скелети тварин і рослинні залишки і виражається в заміщенні крупнозернистого матеріалу морських лілій, моховинок і водоростей дрібними карбонатними зернами і агрегатами або навіть бурою ізотропної масою. Однак такі перетворення в основному властиві ситуацій діагенеза, протікають при низьких температурах і тисках.
Разом з тим, встановлено подібні явища і для різних, в тому числі дуже глибоких частин зони катагенеза. (Малюнок для книги можна взяти з Dixon, Wright, 1983). Причому, нерідко істотну роль в грануляції грають тектонічні напруги. Перекристалізація зі зменшенням розмірів великих кристалів супроводжує їх деформацію, яка проявляється в хвилястому згасанні, викривленні і розвитку двійників. Грануляція значною мірою пов`язана з розрядкою напруги, тривалий час накопичуються в кристалах.
3. Цементація. Під цементамі розуміють речовина, що заповнює пустотное простір порід, включаючи пори, каверни і тріщини. Карбонатні відкладення можуть цементувати матеріалом різного мінералогічного складу. Це, в першу чергу, карбонатні мінерали, а також ангідрит, гіпс, кам`яна сіль і ін. Освіта більшості видів цементу в карбонатних породах обумовлено процесами катагенеза, керованими переважно фактором підземних вод. Це ангідритовий, гіпсовий, галітових цемент і деякі види карбонатних цементів. Ці види цементів ми будемо розглядати у відповідній частині курсу.
Тут же важливо відзначити, що існують карбонатні цементи, утворення яких є реакцією породи на переробку переважно під дією термобарического фактора і, перш за все, результатом розчинення під тиском. Розчинення під тиском призводить до переходу в розчинений стан великої кількості карбонатного матеріалу, який в різних ділянках карбонатних пластів може знову відкладатися, формуючи цемент.
Цементи карбонатних порід, що виникають як наслідок розчинення під тиском, дуже важко відрізнити від структур перекристалізації. Мабуть, не буде великою помилкою уявляти собі процеси розчинення під тиском, перекристалізації і цементації, що розвиваються в карбонатних породах при зануренні і зростанні тиску і температури, як складові частини єдиного процесу розчинення - переотложения карбонатного матеріалу.
З огляду на сказане вище, обмежимося ознайомленням з часто зустрічаються морфологічними типами карбонатного цементу: а) гранулярного, або зернистого, б) друзового, або друзовідной мозаїки, в) друзовідного волокнистого, г) каёмочного, або Крустіфікаціонная (рисунок типів 1-4 з Петтіджон, стор . 458).
4. Гідроліз. Важливим процесом катагенетіческого перетворення карбонатних порід є гидролитическое розкладання карбонатних мінералів. Експериментально встановлено, що при температурах 75-200 ° С різні карбонатні мінерали, в тому числі змішані з глинистим матеріалом, взаємодіють з дистильованою водою і розчинами різного складу. При цьому активно виділяється вуглекислий газ. Реакція йде за такою схемою:
CaCO3 + H2O = Ca (OH)2 + OH- + CO2.
твердаярастворгаз
Процес гідролізу карбонатів найбільш активно протікає в підзоні глибинного катагенеза. Його наслідками є корозія, розчинення і перерозподіл карбонатних мінералів, збагачення підземних розчинів вуглекислим газом, що надає їм більшу агресивність і здатність інтенсивно переробляти не тільки карбонатні, а й наявні в розрізі теригенні породи.
