Процессы минералообразования в стадии катагенеза

Характер процессов минералообразования определяется термодинамическими условиями,

составом пород и составом подземных вод. Вся толща стратисферы с точки зрения условий циркуляции и состава подземных вод разделяется на три зоны (сверху вниз).

1. Зона свободного водообмена до глубины 200—700 м (в зависимости от местных условий). В этой зоне наблюдается интенсивная циркуляция подземных вод и обмен их с поверхностными.

2. Зона затрудненного водообмена до глубины 1500—2000 м, где условия циркуляции мало благоприятны, а обмен с поверхностными водами осуществляется лишь частично.

3. Зона застойных вод на глубинах более 2—2,5 ~мм, где циркуляция подземных вод еще более затруднена или вообще не имеет места, а обмен с поверхностными водами полностью исключен.

Границы между зонами определяются местными гидрогеологическими условиями и изменяются в широких пределах. Изучение химизма подземных вод показало, что существует определенная вертикальная и горизонтальная (климатическая) зональность. Вертикальная зональность создается условиями циркуляции. Обычно в зоне свободного водообмена развиты гидрокарбонатные мало минерализованные воды, в зоне затрудненного водообмена — гидрокарбонатно-сульфатные и сульфатные, в зоне застойных вод — хлоридно-сульфатные и хлоридные высокоминерализованные воды и рассолы. Климатическая зональность сказывается только на верхних горизонтах подземных вод и проявляется примерно в таком же порядке изменения химизма вод при движении от зон избыточного увлажнения к засушливым и пустынным областям. В связи с изменением состава и минерализации вод с глубиной происходит изменение реакции и окислительно-восстановительного потенциала. В зоне свободного водообмена реакция растворов щелочная и среда окислительная. Исключение могут составлять только воды угленосных и других формаций, богатые органическим веществом и углекислотой, имеющие нейтральную и иногда даже кислую реакцию и низкий восстановительно-окислительный потенциал. Аналогичные условия наблюдаются в местах выходов термальных источников. По мере углубления в толщу стратисферы увеличивается рН и падает Eh; на больших глубинах в зоне застойных вод на- блюдаются восстановительные и щелочные (даже резко щелочные) условия среды. В стадию катагенеза при повышенной температуре и давлении в присутствии щелочных растворов происходят химические и физико-химические реакции: растворение неустойчивых минералов— пироксенов и амфиболов, основных плагиоклазов. Затем начинается растворение кварца и кремнистых пород. Растворение сопровождается регенерацией здесь же или растворенное вещество выносится в соседние пласты. Одновременно происходит гидрослюдизация слюд и кислых плагиоклазов с образованием гидрослюд, смешанно-слойных минералов и далее монтмориллонита. Взаимодействие поровых растворов с кальцитом приводит к образованию карбонатов кальция, магния и железа. Местами наблюдается массовое осаждение карбонатов в порах и по трещинам. В кислых условиях среды образуется каолинит в глинистых породах и в цементе зернистых, корродируются и растворяются

карбонаты и фосфаты. Все эти процессы еще напоминают процессы диагенеза (отчасти выветривания) или являются их естественным продолжением. При высоком давлении (1000—2000 атм) и более высокой температуре (100—200° С) в присутствии щелочных растворов значительно большей концентрации (уплотнение почти закончено, зерна максимально сближены) наблюдаются более интенсивные изменения: массовое растворение обломочных зерен кварца и полевых шпатов с выносом кремнезема в поры и смежные участки, образование микростилолитовых структур. Начинается интенсивная гидрослюдизация и хлоритизация глинистых минералов с образованием гидрослюд и ортохлоритов, перекристаллизация пелитоморфных и микрозернистых карбонатов (седи-

ментогенных и диагенетических) — образование зернистых карбонатов. В кислых условиях среды при запечатывании в порах глинистого вещества наблюдается диккитизация каолинита. В породах, богатых вулканическим материалом, образуются маловодные цеолиты. В стадии катагенеза можно выделить два этапа: начальный,

или ранний, и глубинный, или поздний, катагенез. Начальный этап характеризуется наличием в глинистых и цементе зернистых пород неизменного глинистого вещества, уна­

следованного от стадии диагенеза или образовавшегося уже при катагенезе, широким развитием процессов внутрислоевого растворения неустойчивых минералов, коррозией кварца и полевых шпатов (с частичной регенерацией) и образованием различных карбонатов. Пористость пород высокая, порядка 30—15%,сохраняются еще рыхлые и слабо сцементированные породы:глины, аргиллиты, размокающие в воде, пески, рыхлые и пористые песчаники, ракушечники, мел, мергели, бурые и каменные, длиннопламенные и газовые угли.Текстуры и структуры осадочных пород заметно не изменяются В зависимости от продолжительности этапа глубина зоны раннего катагенеза изменяется от 1000 до 5000 м. В древних породах рифея и нижнего палеозоя мощность зоны неизмененного глинистого цемента 1000—2000 м, в молодых третичных отложениях — до 4000—5000 м. Процессы минералообразования на раннем этапе протекают при повышенных, но все же невысоких давлении и температуре (давление до 1000 атм, температура до 100—120°С). Дальнейшее повышение давления приводит к максимальному сближению зерен, их раздроблению и массовому растворению. Поздний катагенез характеризуется массовым растворением под давлением обломочных зерен кварца, полевых шпатов, обломков горных пород (с регенерацией и микростилолитизацией), интенсивной гидрослюдизацией и хлоритизацией глинистого ве­

щества, перекристаллизацией карбонатов и т. п. Пористость пород сильно уменьшается — до 3—5%. Текстуры осадочных пород сохраняются, структуры испытывают заметные изменения: появ- ляются конформные, регенерационные структуры, стилолитовые, структуры перекристаллизации в известняках, ориентированные структуры в глинистых породах. В результате этих изменений глины переходят в аргиллиты, не размокающие в воде, пески и рыхлые песчаники в плотные и крепкие песчаники, ракушечники в плотные известняки, происходит перекристаллизация мела, мергелей и известняков. Каменные угли типа газовых и длиннопламенных переходят в спекающиеся (коксовые и паровично-спекающиеся). Поздний катагенез осуществляется при температуре до 200° С и давлении

до 2000 атм. Процессы начального катагенеза осуществляются сходно в геосинклиналях и на платформе (зона неизмененного глинистого цемента), поздний катагенез в геосинклиналях несколько отличается от аналогичного процесса на платформах благодаря

большей мощности осадков и некоторому влиянию стресса. Зоны катагенеза могут быть выделены и картированы. Границы зон секут стратиграфические границы и согласуются с глубиной погружения. В последнее время предприняты попытки выделить типы катагенеза и расчленить его на ряд этапов. Так, Н. Б. Вассоевич (1955) выделяет пять самостоятельных этапов, связывая их с изменениями органического вещества и плотности пород.Л. Б. Рухин (1953) различает прогрессивный эпигенез (катагенез в нашем понимании — Н. Л.) при погружении участков земной коры и регрессивный эпигенез — при поднятии. Нам кажется, что такое дробное разделение преждевременно. Расчленение стадий на много этапов возможно только по органическому веществу, минеральное вещество более консервативно, изменяется медленно и уловить тонкие его изменения трудно. Кроме того, регрессивный этап выделяется по таким процессам минералообразования как каолинизация, карбонатизация, переход ангидрита в гипс, т. е. процессам, характерным для начального катагенеза и частично для выветривания.

Стадия метагенеза

Метагенез – это стадия глубокого минерального и структурного преобразования пород, происходящего на значительной глубине, предшествующая превращению осадочной породы в метаморфическую.

Основные факторы метагенеза те же, что и для катагенеза:

• температура;

• давление;

• подземные воды с растворёнными в них солями и газами;

• окислительно-восстановительный потенциал;

• щёлочно-кислотные свойства флюидов;

• стресс.

Эти факторы в зоне развития метагенеза имеют значительно большие численные значения: большую минерализацию и газонасыщенность вод; иные значения рН (среда более кислая); Eh (среда более восстановительная). В стадию метагенеза образуются оксиды (кварц, анатаз, гематит), карбонаты (кальцит, доломит, анкерит), силикаты (высокотемпературная гидрослюда, мусковит, серицит, хлорит, альбит, эпидот). Ряд мине-

ралов возникает в виде каемок регенерации на обломочных зернах − циркон, эпидот, цоизит, клиноцоизит, сфен. При метагенезе породы максимально уплотняются, их пористость становится минимальной. Перемещение флюидов становится возможным только по трещинам или путём диффузии. При тектонических движениях в породах возникает тонкая трещиноватость, благодаря этому создаются новые пути для миграции растворов. В эту стадию глины превращаются в аргиллиты; за счёт изменения гидрослюд образуется серицит; происходит хлоритизация биотита; продолжается регенерация кварца. Широкое развитие получают конформные, инкорпорационные, регенерационные структуры. В хемогенных породах часто образуются микростилолиты. Под действием стресса образуются полосчатые текстуры, обусловленные ориентировкой чешуйчатых минералов перпендикулярно направлению давления, а также развиваются процессы направленной коррозии, кристаллизации и перекристаллизации.