Подземные воды условий диагенеза

Диагенезпредставляет собой субаквальный процесс преобразова­ния сильно обводненных и богатых органическим веществом (живым и мертвым) осадков в породу. Процесс сопровождается постепен­ным уплот­нение и обезвоживанием самих осадков, миграцией поровых вод вверх вследствие их отжатия и постепенным понижением окислительно-восста­новительно­го потенциала от положительных значений до отри­ца­тельных. Определить нижнюю границу распространения диагенетических про­цессов сложно, так как они постепенно сменяются процессами ста­ди­ального эпигенеза. В американской литературе диагенез понимается значительно шире и, по сути дела, включает в себя эпигенетические процессы. Его нижняя граница опускается на несколько сотен метров, иногда достигает 1000 м. В отечественной литературе ее иногда про­водят приблизительно на 300 м ниже дна водоема.

Ведущими химическими реакциями являются окислительно-восстано­вительные, которые осуществляются частично биохи­ми­ческим путем. Второстепенную роль играют процессы катионного обмена, растворения и минералообразования.

Интенсивность и распространенность окислительно-восстанови­тельных процессов находится в непосредственной зависимости от состава донных вод, со­держания органического вещества в осадках и скорости седиментации.

Наиболее активные процессы диагенеза идут на глуби­нах пер­вых де­сятков метров. На первом этапе диагенез идет в окислитель­ной обстановке при участии аэробных микроорганизмов. На этом этапе происходит поглощение свободного кислорода иловых вод на дыхание живого и окисление мертвого органического вещества. Восстановление растворенного в воде молекулярного кислорода идет до его полного исчерпания и приводит к накоплению окисленных форм углерода (CO₂, HCO₃^-, CO₃^2-), серы (SO₄^2-) и азота (NO₃^-). Вода обогащается CO₂, NO₃^-, SO₄^2-. Значения pH уменьшаются до 6,8.

При исчерпания свободного кислорода Eh резко падает до зна­че­ний –150—300 мВ. В процесс диагенеза включаются микро­организ­мы участвующие в восстановлении связанного азота и серы. В процес­се разложения органического вещества в восстановительной обстанов­ке образуются NH₄⁺, H₂, N₂, H₂S. Вслед­ствие этого на­чинается редук­ция Fe³⁺, Mn⁴⁺, V⁵⁺ и других металлов. Вода лишается сульфатов, обо­гащается Fe²⁺, Mn²⁺, SiO₂, фосформ, аммо­нийным азотом , ще­лочными метал­лами. pH после неко­торого пони­жения на предшествующем этапе замет­но повышается, иногда до 8,5. При этом на границе донных и иловых вод формируется интенсивный массообмен. Из придонных вод в недра диффундируют O₂, SO₄^2-, а из илов в акваторию - CO₂, NH₄⁺, SiO₂, CH₄, Fe²⁺, Mn²⁺. Этот массообмен наиболее интенсивен на глубинах 2-4 м.

Сформировавшаяся вертикальная зональность характеризует состав иловых водах. Вследствие уплотнения осадков эти воды отжимаются, а фактически пропускают через себя новые порции образующихся свежих илов. Чем ближе к дну залегает поровая вода, тем больший объем ила взаимодействует с ней. В конечном итоге устанавливается определенное равновесие между объемами поровых вод и ила, которое зависит от скорости се­диментации и расстояния до дна. Осадки по мере своего уплотнения и превращения в породу проходят через окислительную и восстановительную зоны иловых вод и меняют свой состав. На первых этапах раство­римые минералы SiO₂, CaCO₃, MgCO₃, SrCO₃ и другие переходят в раствор до его пол­ного насыщения. При этом в результате катионного обмена ще­лочные элементы перехо­дят в раст­вор. Насыщение вод приводит к аутигенному минералообразованию при резком изменении окислительно-восстановительного потенциала. В верхней окислительной зоне образуются такие диагенетические мине­ралы как глауконит, фосфаты, цеолиты, лептохлориты, в нижней вос­становительной - силикаты, карбонаты Fe, Mn, сульфиды Fe, Pb, Zn, Cu и т.д.. На поздних стадиях диагенеза в уплотненных осадках насыщенные воды спо­собствуют перераспределению и концентрированию диагенетических минералов, вследствие чего возникают кальциевые, сидеритовые, кремниевые, пиритные и др. стежения, линзы, конкреции.

Водный бассейн задает начальные условия диагенетических про­цессов, а именно начальный состав иловых вод, минеральный состав осадков, содержание и характер органического вещества.

Глубина бассейна определяет термо-динамические условия, в ко­торых начинается процесс диагенеза, а именно давление и темпе­ра­ту­ру. Чем глубже бассейн, тем ниже и стабильней их величины. Ус­ло­вия диагенетических процессов характеризуются обычно температурами вы­ше нуля, от 1 до 40⁰С и гидростатическим давлением больше атмо­сферного, от 0,1 до 50-60 МПа.

Гидростатическое давление, в свою очередь, контролирует тот взвешивающий эффект, который позволяет сохранять очень низкую плотность и высокую пористость в илах. По мере захоронения и погружения в осадочную толщу плотность осадков вследствие уплотнения растет, а пористость уменьшается. Поэтому с глубиной быстро уменьшается влажность осадков.

В зависимости от характера бассейна и его глубины можно выделить диагенез озерный, морской и океанический.