Теоретичне і прикладне значення стадіального аналізу литогенеза
Стадіальний аналіз - науковий напрямок, що досліджує історію осадового матеріалу з моменту його появи в басейні осадконакопичення і аж до потрапляння в зону глибоких метаморфічних перетворень або в зону руйнування (виветshy-Рівань), - має велике теоретичне і прикладне значення. У загальних рисах воно визначається тим, що стадіальний аналіз допомагає реконструювати стародавні геологічні обстановки, що і становить істота геології як в частині теоретичних побудов, спрямованих в остаточному підсумку на створення загальної моделі розвитку Землі, так і в частині вирішення завдань пошуків і розвідки корисних копалин і раціонального використання підземного простору.
Виконання реконструкцій розподілу самих різних геологічних характеристик (хімічний склад опадів, порід, розчинів і газів, фізико-механічеshy-ські властивості осаду і породи, температура, тиск) при стадиальном аналізі засноване на ldquo-зняття інформацііrdquo- з аутигенних мінералів, новостворених структур і текстур, які утворюють тимчасову послідовність і є певними віхами в історії осадової породи.
Наведемо приклади використання результатів стадіального аналізу литогенеза для вирішення різноманітних наукових і практичних питань геології.
1. Науково-теоретичне значення стадіального аналізу литогенеза. Наукове значення стадіального аналізу визначається, головним чином, тим, що висновки, які виходять при його виконанні, використовуються різними геологічними дисциплінами у вирішенні поставлених перед ними завдань.
А) Перш за все, треба зазначити, що стадіальний аналіз дає можливість правильного виконання фаціальні аналізу. При вивченні мінералогічного складу порід, за допомогою якого створюється уявлення про фациальной обстановці накопичення опадів, важливо правильно визначити набір постседіментаціонних мінералів, які утворилися на стадіях літогенезу і прийняття яких за седиментаційних може привести до значних помилок. Наприклад, якщо не врахувати, що гіпс в піщанику з гіпсовим цементом постседіментаціонний, відкладення можуть бути віднесені до евапорітових фації. Якщо не звернути уваги на те, що незграбність піщаних зерен пов`язана з їх регенерацією, можна зробити висновок про їх слабкою окатанности і накопиченні осаду в прибережній обстановці, в той час як це відбувалося на значній відстані від берега. Виявлення в породі виділень піриту ще не свідчить про утворення осаду в відновної обстановці застійного водоймища. Такий висновок може бути зроблений тільки в тому випадку, якщо доведено, що цей мінерал утворився не в зоні катагенеза і не в відновної підзоні зони діагенеза.
Б) Поділ мінералів на седиментаційних і постседіментаціонние, що є серцевиною стадіального аналізу і необхідне для правильної діагностики фацій накопичення опадів, надзвичайно важливо при вирішенні завдань історичної геології (геохімії). Так, якщо стоїть завдання вивчити еволюцію ізотопного складу сірки вод Світового океану, необхідно мати абсолютну впевненість, що аналізуються зразки седиментаційних сульфатів. Постседіментаціонние сульфатні мінерали можуть мати ізотопний склад сірки, істотно відмінний від складу седиментаційних мінералів навіть у тому випадку, якщо ці два типи сульфатів генетично пов`язані з одним і тим же евапорітових басейном.
В) Стадіальний аналіз дозволяє оцінювати генетичний тип і хімічний склад підземних вод древніх водоносних горизонтів і комплексів, тобто може служити інструментом палеогідрогеологіі і палеогідрогеохіміі. Так, виявлення катагенетіческіх ангідриту або гіпсу в розрізі відкладень фацій нормальної солоності може вказувати на колишнє присутність тут розсолів, насичених по сульфату кальцію, а більш детальне дослідження цих мінералів (наприклад змісту в них стронцію і ізотопів сірки) дасть можливість оцінити, які це були розсоли : седіментогенние або десцендентние. Виявлення вторинних мінеральних продуктів, утворених за участю атмогенних підземних вод дозволить реконструювати умови поширення і розвитку прісноводних палеогорізонтов і палеокомплексов.
Г) У результаті виконання стадіального аналізу можуть бути досягнуті цілі, властиві палеогеографії і стратиграфії. знахідки ldquo-евапорітовихrdquo- вторинних мінералів, а в ряді випадків і катагенетіческая доломітізірованность порід в безевапорітових розрізах дозволяють припускати, що в стародавні геологічні періоди, епохи або століття в регіоні протікав процес галогенеза, пластові продукти якого в подальшому зруйнувалися або поки не виявлені. Виявлення постседіментаціонних мінералів - індикаторів атмогенних підземних вод - дозволяє знайти перерви в осадконакоплении, причому іноді по морфології кальцитового цементу і ізотопним складом карбонатних новоутворень можливо навіть проведення палеограніц між зонами катагенеза і гипергенеза. Іноді (як, наприклад, в Цехштейн Нідерландів) в результаті широкого прояви вторинного заміщення карбонатних порід ангідритом сучасні кордони між сульфатними і карбонатними пластами бувають зміщені на кілька десятків метрів щодо їх положення при осадконакоплении. Без застосування стадіально-літогенетіческіх аналізу в таких випадках неможливе виконання коректних литолого-стратиграфічних кореляцій.
Д) Одним з найважливіших елементів стадіального аналізу є оцінка древніх пластових температур, яка здійснюється в процесі дослідження відбивної здатності вітриніту, газово-рідких включень, структурно-текстурних і мінералогічних особливостей порід. Таким чином вирішуються завдання палеогеотерміі.
Е) Виявлення ldquo-бородатихrdquo- зеренкварцу і шіповідних структур допомагає виявити зони стресових напруг і, тим самим, скласти судження про розвиток складчастих і розривних дислокацій, тобто вирішувати завдання палеотектонические аналізу.
Ж) Стадіальний аналіз литогенеза, виконаний для окремих товщ або в цілому для осадового чохла конкретних регіонів, є важливою складовою частиною регіональної геології. Побудовані в результаті регіональні схеми (моделі) літогенетіческіх зональності служать інструментом для відтворення регіональної картини еволюції осадового матеріалу, гідросфери та геоенергетики, що має істотне наукове і прикладне значення. Як приклад на рис. 84 показана така модель для девонской товщі Білорусі.
2. Прикладне значення стадіального аналізу литогенеза. Осадові формації містять 70-80% запасів усіх корисних копалин, в цих формаціях зосереджені майже всі ресурси підземних вод. Природно, що стадіально-літогенеshy-тичний аналіз як один з інструментів вивчення природи осадової товщі знаходить своє застосування при вирішенні питань, пов`язаних з пошуками і розвідкою корисних копалин.А) Нафта. Практика пошуково-розвідувальних робіт на нафту вимагає знання особливостей розміщення зон нефтеообразованія і нефтенакопленія, умов і часу формування і кольматации колекторів, заповнення пасток і перетворення нафтових скупчень.
Вивчення зональності процесів катагенеза, керованих переважно змінами термобарической обстановки, засноване на дослідженні структурно-текshy-стурно і мінералогічних характеристик порід, а головне, відбивної здатності вітриніту РОР, дозволяє закартировано зони потенційного нефтеобразования і нефтегазонакопления. Це дає можливість цілеспрямованого проведення пошукових нафторозвідувальною робіт в регіоні.
Велике значення стадіального аналізу і для оцінки колекторських властивостей порід нафтоносних басейнів. Одні літогенетіческіе процеси (вилуговування, трещіноообразованіе, доломітізація) збільшують колекторську і фільтраційну ємність порід, інші (цементація, ущільнення) - зменшують її. І між іншим, всі хто скористався послугами салону краси вже ніколи не поміняють його на який-небудь інший, хоча б через творчого підходу і професіоналізму всіх співробітників, а також уважного і дбайливого ставлення до клієнтів.
У створенні пустотного простору відкладень особливо істотна роль прісних атмогенних вод. При надходженні цих вод в карбонатну товщу, насичену солоними талассогеннимі розчинами, спочатку в результаті їх змішання має місце доломітізація порід, що сприяє збільшенню пористості. Потім, коли талассогенние води повністю вилучені з товщі в результаті промивання метеогеннимі водами, йде активне карстоутворення. Тому для прогнозування розміщення порід-колекторів так важливо виявлення зон перерв в осадконакоплении. Стадіальний аналіз - одним з головних прийомів вирішення цього завдання.
Вплив процесів катагенеза за участю евапорітових розсолів на колекторські властивості відкладень неоднозначно. Вони можуть призводити до кольматации пустотного простору порід подевапорітових і межевапорітових товщ ангідритом і Галіт, як, скажімо, в Прип`ятському, Ангаро-Ленський і Мічиганському басейнах. При цьому треба мати на увазі, що пов`язані з розсолами мінерали-кольматанта можуть віддалятися при більш пізньому впливі ненасичених по ним вод і відновних процесах, в результаті чого знову виникає пористість. Вплив розсолів на під-і межевапорітовие карбонатні породи може викликати їх доломітізація і сприяти поліпшенню колекторських властивостей.
Знання складу і природи постседіментаціонних мінералів в ряді випадків дозволяє з`ясувати час їх утворення. Цей час може бути визначено точно або приблизно, воно може виражатися відрізком геохронологічної шкали або бути оцінений щодо якихось геологічних подій в регіоні - але в будь-якому випадку встановлення просторового взаємини вторинних мінералів-носітеshy-лей такої інформації з виділеннями вуглеводнів вельми важливо для з`ясування часу і умов формування і перетворення нафтових покладів. Наведемо кілька прикладів.
У теригенних відкладеннях кембрію Балтійської синеклізи і девон-карбону Урало-Поволжя нафтою заповнене пустотное простір, що залишився вільним після кристалізації катагенетіческого ангідриту. Якщо врахувати, що освіта цього ангідриту могло початися не раніше пермі, коли розсоли, здатні забезпечити сульфатообразованіе, надійшли в нефтепродуктівние відкладення з евапорітових басейнів (вони в цих регіонах мають пермський вік), то час міграції вуглеводнів в басейнах слід вважати пермським або послепермскім. Знання такого роду важливі при проведенні нафторозвідувальною робіт.
Цікаві взаємини катагенетіческого Галіт і нафти в подсолевих і межсолевих комплексах, встановлені в Прип`ятському прогині. Галіт першої генерації формувався в карбонатних породах до початку міграції нафти. Усередині нафтових покладів такий галит приурочений до каверн в нефтенасищенних породах, але вуглеводневих включень не містить. Випадання Галіт другої генерації мало місце після формування нафтових скупчень і було пов`язано з процесами окислення вуглеводнів на водо-нафтових контактах руйнуються покладів. Цей галит кольматірующіе зони сучасних і стародавніх водонафтових контактів і ділянки зруйнованих покладів. Тут зустрічаються кристали Галіт з глобулами затверділої нафти і углеводородсодержащих газовожідкімі включеннями.
Б) Рудні корисні копалини. Протягом останніх десятиліть ознаменувалися корінним переглядом уявлень про провідну роль ендогенних гідротермальних розчинів в освіті рудних покладів осадової оболонки Землі. Накопичується все більше і більше свідчень, що при з`ясуванні природи рудних родовищ в осадових комплексах можна ігнорувати рудогенерірующее значення підземних вод, не пов`язаних з магматизмом, не можна обходити стороною той факт, що осадові відкладення є не просто пасивним вмістилищем руд, а й джерелом рудного речовини. А це означає, що стадіальний аналіз литогенеза, спрямований на з`ясування ходу постседіментаціонних перетворень осадових відкладень, на розшифровку взаємодій між породами і підземними розчинами, повинен розглядатися як важливий інструмент прогнозування, пошуків і розвідки рудних корисних копалин. Наведемо кілька прикладів можливого формування рудних покладів на постседіментаціонних етапах еволюції осадового матеріалу, що свідчать про важливу роль стадіального аналізу литогенеза.
Процеси катагенеза, властиві інфільтраційних систем і що протікають в зонах геохімічних бар`єрів при зустрічі атмогенних і талассогенних підземних вод на крилах артезіанських басейнів, можуть призводити до утворення родовищ U, V, Cu, Mo, Re. При цьому мобілізація металів в низхідних атмогенних розчинах забезпечується вилуговуванням з порід в областях зносу і транзиту, а збагачення висхідних талассогенних вод рудними компонентами відбувається при катагенетіческой переробці осадового виконання басейну. Вивчення обох груп процесів формування рудогенерірующіх розчинів і результатів їх взаємодії є предметом стадіального аналізу.
У Елізіон водоносних системах, де катагенетіческіе процеси йдуть в солоних талассогенной і петрогенних-талассогенной гидрогеохимических середовищах, формування рудогенерірующіх розчинів у вирішальній мірі обумовлено перетворенням порід глинистих товщ, де відбувається зародження імпульсу руху підземних вод. Мінералогічна перебудова глинистого речовини при зануренні осадових відкладень супроводжується еміграцією з нього мікроелементів: Cu, Ni, V, Co, Pb, Fe, Mn, Mg, P, Ge і ін. В ході катагенеза занурення глинистих комплексів протікають також процеси термогідроліза розсіяного карбонатної речовини, що містить ряд домішкових елементів (Fe, Mn,Sr), І перетворення органічної речовини, що супроводжується руйнуванням металоорганічнихз`єднань. Формуванню рудогенерірующіх розчинів сприяють також стимулює підвищення температури і тиску процеси розчинення уламкового матеріалу, в тому числі важких мінералів, перекристалізація кальциту і доломіту, яка веде до їх очищення від елементів-домішок. В результаті перерахованих катагенетіческіх процесів в Елізіон системах утворюються розчини, які містять високі і підвищені концентрації ряду хімічних елементів. При переміщенні цих розчинів в зони геохімічних бар`єрів можливе утворення стратіформних родовищ сульфідів свинцю, цинку, міді, заліза та інших металів, сідеріта, магнезиту, родохрозиту. З описаним колом процесів пов`язують природу сідерітових родовищ Байкалу (М.Т. Крупенін) і мідистих пісковиків Удоканского типу (Ю.В. Богданов, В.П. Феокshy-Тіст).
У формуванні стратіформних рудних покладів не виключається і роль катагенетіческіх процесів за участю розсолів галогенеза. Розсолу характер рудообразующих розчинів встановлено, наприклад, дослідженням складу газово-рідких включень в Сфалерит девонського карбонатного комплексу свинцево-цинкового металлогенического району на півдні Бельгії: розсоли, що дали сульфидную мінералізацію, тут містили 10-14% NaClі 6-10% CaCl2. На думку канадських фахівців, свинцево-цинкове родовище Пайн-Пойнт утворилося в результаті розвантаження в середньодевонські рифовий комплекс металоносних розсолів суміжного басейну Маккензі. Значення евапорітових розсолів для стратиформного рудогенеза визначається їх збагачений рядом хімічних елементів (Pb, Zn, Ag, Cu, Sr, Fe і ін.), пов`язаної з випарним концентрування речовини і з процесами катагенетіческого взаємодії з вміщають породами.
В) Підземні води. Значення стадіального аналізу литогенеза для вирішення прикладних питань гідрогеології визначається перш за все тим, що в процесах взаємодії між підземними водами і вміщають їх осадовими породами відбувається формування хімічного складу підземних вод. Наприклад, формування гідрокарбонатно іона, основного аниона осадового розрізу прісних підземних вод, над походженням якого не прийнято замислюватися, пов`язано в значній мірі з процесом гідролізу польового шпату, що супроводжується їх каолінітізаціей. Польові шпати, що не містять водневих іонів, перетворюються в гидроксилсодержащий каолинит. При цьому молекула води, що реагує з польовим шпатом, розкладається на іони водню, які використовуються в решітці каолинита, і іони гідроксилу, які, з`єднуючись з водорастворённим вуглекислим газом, утворюють гідрокарбонатні іон.
Якщо від прісних підземних вод перейти до найбільш мінералізованих розсолу, які, будучи збагаченими цілим рядом хімічних елементів (Br, J, B, Sr, Li, Rb, Cs, Mn і ін.), являють собою рідку руду, то і тут ми знайдемо точки прикладання стадіального аналізу, який допомагає пояснити склад розсолів. Так, встановлено, що концентрування йоду в рассолах пов`язано з термічної деструкцією РОР, а перехід стронцію в розсільну фазу обумовлений процесами перекристалізації і доломітізація карбонатних порід. Тому найбільші концентрації йоду слід очікувати в тих зонах басейну, де залягають породи, збагачені РОР, а найбільш стронціеноснимі будуть розсоли карбонатних розрізів. Карбонатні відкладення будуть також вмістилищем розсолів з найбільш високими концентраціями цезію, але причина цього, розкривається стадіальних аналізом, інша. Цезій - близький геохімічний ldquo-родственнікrdquo- калію- він поглинається глинистим речовиною в процесі гідрослюдізаціі монтмориллонита. Тому розсоли в теригенних відкладеннях збіднена цезієм в порівнянні з розсолами карбонатних розрізів.
Наведемо приклад використання результатів стадіального аналізу литогенеза при пошуках і розвідці мінеральних підземних вод. У верхнепротерозойских і ніжнепалеозойських відкладеннях Північної і Середньої Білорусі поширений вторинний гіпс, з якого складається цементи порід, що виконує каверни і тріщини. Цей мінерал є індикатором існування тут в геологічному минулому високомінералізованих розсолів, пов`язаних зі середньодевонські Галогенез. Тому дані відкладення на всій території розвитку сульфатних утворень середнього девону перспективні на хлоридні і, можливо, сульфатні мінеральні води. Діапазон складу і мінералізації мінеральних вод, які можуть бути тут виявлені, визначається особливостями впливу на цю частину розрізу інфільтраційних атмогенних вод в послесреднедевонское час.
Таким чином, стадіальний аналіз литогенеза є важливим інструментом вирішення багатьох завдань геологічної науки і практики.
