Основные стадии формирования осадочных пород

Формирование осадочных пород представляет собой длительный и сложный процесс, разделяющийся на ряд стадий, из которых основные:

- седиментогенез,

- диагенез,

- эпигенез,

- метаморфизм.

(Слайд1G1_31)

Седиментогенез по Н. М. Страхову (I960), характеризуется образованием осадка на поверхности Земли в результате выветривания, переноса и отложения твердых минеральных масс. Процесс поверхностного разрушения осадочных пород называют выветриванием, или гипергенезом. Следствием седиментогенеза являются рыхлые, в значительной мере обводненные осадки, в дальнейшем формирующиеся в породы.

Н. М. Страхов (1960) выделяет четыре типа седиментогенеза:

1) ледовый,

2) гумидный,

3) аридный

4) эффузивно-осадочный.

При ледовомтипе осадочного процесса перенос материала, являющегося продуктом механического (морозного) выветривания, осуществляется главным образом ледником. Одной из характерных черт ледового типа данной стадии осадочного процесса является отсутствие механической дифференциации, сказавшейся на образовании осадочных пород, сложенных несортированным обломочным материалом.

Гумидныйтип процесса осадкообразования объединяет осадкообразование в морях и озерах гумидных зон и на их водосборных площадях. Осадочный материал частично осаждается еще на путях его переноса (делювий, аллювий, пролювий), но в основном в бассейнах седиментации — морях, озерах. Поступившие в эти водоемы вещества разносятся по всей акватории бассейна течениями, конвекционными токами и волнениями, смешиваясь с ранее поступившим материалом; наряду с механическим осаждением взвесей происходит химико-биологическое извлечение растворенных веществ, осаждающихся на дно бассейна.

Характерной чертой гумидного типа седиментации, по Н. М. Страхову (1960), является неполнота осаждения поступающего в бассейн материала.

Обломочный материал с течением времени выпадает в осадок, тогда как из растворенных веществ переходят в твердую фазу с последующим осаждением лишь трудно растворимые и биологически активные соединения: Fe, Mn, Al, P, CaCO₃, SiO₂ и соединения ряда малых элементов: V, Сг, Со, Си, частично F и др. Легко растворимые и биологически инертные соединения: NaCl, Na₂SO₄, CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄, соединения В, F (частично), Вг и другие остаются в растворе и накапливаются в нем длительное время.

Все породы, связанные с гумидным типом седиментогенеза, несут на себе признаки большей или меньшей механической сортировки. В осадках делювия сортировка материала минимальна, в аллювии — возрастает, в конечных водоемах стока, особенно в прибрежной зоне, достигает максимума.

Различия осадков по гранулометрическим типам связаны с рельефом бассейна седиментации; на повышенных участках дна бассейна накапливаются осадки с более крупным гранулометрическим составом, чем на пониженных. Для данного типа седиментации характерно развитие зон высоких концентраций ряда элементов: железа, марганца, алюминия, фосфора, органического углерода и др., приуроченных преимущественно к периферическим зонам морей, заливов и крупных озер.

Аридный тип седиментации характерен для зон с засушливым климатом. В них наблюдается значительное ослабление миграции элементов. Моря и озера в аридной зоне осолонены; роль организмов в осадкообразовании резко небольшая; седиментация является функцией физико-химических процессов; в осадок выпадают сульфаты и хлориды натрия, калия, кальция и магния.

Эффузивно-осадочный тип седиментации характерен для площадей с развитыми процессами вулканизма. Вулканическая деятельность сопровождается выносом вулканического пепла различного состава, механически раздробленных крупных и мелких обломков пород.

Материал вулканических процессов образуется в условиях резко выраженной восстановительной среды. Пеплы, попадая в воды морей, озер, подвергаются сортировке и, смешиваясь с обычным терригенным материалом, осаждаясь, становятся основанием для формирования туффитов, а также в виде примеси туфового материала присутствуют в песчано-алевритовых породах.

(Слайд1G1_32)

Диагенезом называют стадию преобразования осадка в породу путем постепенного его уплотнения, изменения минералогического состава и приобретения новых физико-химических свойств.

(Слайд1G1_33)

Эпигенез представляет собой процесс дальнейшего видоизменения породы при продолжающемся прогибании земной коры.

Эпигенез характеризуется условиями более глубокого по сравнению с диагенезом погружения пород в область возрастающих давлений и температур. За нижнюю границу эпигенеза Н. М. Страхов принимает глубину около 3000—3500 м, которой соответствует температура, приближающаяся к 100° С, и давление около 850 am.

В зоне эпигенеза происходят уплотнение осадков, их окаменение, часто перекристаллизация пород, особенно карбонатных.

И. М. Страхов указывает на связь эпигенетических изменений в минералогическом составе осадочных пород с условиями образования их жидкой фазы. Уплотнение и окаменение осадков влекут за собой отжатие из них воды, которая образует горизонты подземных вод. Осолоненность этих вод, достигающая с глубиной 250—300 г/л, приводит к эпигенетическим минералогическим изменениям вмещающих их пород, в частности, к выпадению в осадок некоторых малорастворимых солей (кальцит, доломит, ангидрит), к замещению ими некоторых ранее существовавших минералов; наблюдается наложение на первичный минералогический состав пород минеральных новообразований иного фациального облика. При накоплении СО₂ глубинные воды корродирующе воздействуют на составляющие механические элементы горных пород.

По данным В. Д. Ломтадзе (1954), в процессе уплотнения глин наибольшие количества воды выделяются в начале сдавливания, при малых давлениях.

(Слайд1G1_34)

Условия выжимания воды из осадков в значительной степени зависят от их минерального состава; монтмориллонитовые глины труднее отдают воду, чем гидрослюдистые и каолинитовые. Н. Б. Вассоевич (1958) называет эту стадию эпигенеза катагенезом. При длительном прогибании земной коры и большом погружении породы претерпевают стадию раннего метаморфизма, характеризующуюся разрушением первоначального минералогического состава и изменением их текстуры и структуры в связи с более высокими температурой и давлениями. На этой стадии осадочные породы превращаются в метаморфические.

Стадию превращения осадочных пород, протекающую в наиболее глубоких зонах стратисферы, Н. М. Страхов называет ранним метаморфизмом, при котором породы, еще не теряя облика осадочных, начинают приобретать черты метаморфических пород. Для стадии раннего метаморфизма осадочных пород характерно разрушение гипергенных минералов (гидратов железа, алюминия, марганца, глинистых минералов).

Фации и формации

(Слайд1G1_4)

Колебательные движения земной коры определяют расположение областей сноса и накопления осадочного материала, а также влияют на его вещественный состав, строение пластов и другие стороны процессов формирования пород. Кроме тектонических движений, факторами образования осадочных отложений являются климат, рельеф суши и жизнедеятельность организмов. Осадочное вещество в зависимости от своего состава имеет различную подвижность. Дифференциация этого вещества, часто сложного по составу, происходит в двух направлениях:

- механического разделения обломочных частиц по мере их переноса;

- химического разделения по степени растворимости.

Непостоянство физико-географических условий на различных участках поверхности Земли приводит к накоплению генетически разных типов осадков, или фаций.

Под фациями понимают совокупность признаков осадков и условий их образования.

Исходя из этих взглядов, П.П. Авдусин (1951) под фациями коллекторов подразумевает генетические типы осадочных пород, характеризующиеся теми или иными емкостными и фильтрационными свойствами.

По физико-географическим условиям образования фации разделяются на морские, континентальные и лагунные. Особенно широкое развитие среди осадочных толщ имеют морские фации; они изменяются с глубиной.

Латеральное изменение структуры и минерального состава характерно для фациально различных осадочных пород. В разрезах как по вертикали, так и по горизонтали часто наблюдаются фациальные их изменения, например, переход от чистых песков к алевритам и глинам.

Процесс фациальных изменений весьма сложен и является предметом изучения для многих исследователей.

А.И. Леворсен (1958) указывает, что древние осадочные отложения, подобно современным, располагались зонами вокруг океанических глубин. Отложения в каждой зоне осадкообразования зависят от глубины моря, расстояния от берега, характера материала, приносимого реками, а также от направления океанических течений. Ближайшая к берегу зона отложения осадков, прибрежная полоса, или литораль, известная как неритовая область (0—200 м от поверхности воды), характеризуется большим разнообразием осадков — это крупно- и мелкозернистые пески, илы, ракушечник, глины, сланцы. Глинистые и песчаные отложения переслаиваются здесь с обломочными породами, с остатками органических веществ. Химическая и биохимическая активность достигает максимума. Многие исследователи предполагают, что большая часть песчаных коллекторов нефти и газа образовалась в этой зоне. Сменяющиеся трансгрессии и регрессии моря и, следовательно, колебания береговой линии способствовали погружению песчаных отложений, пересортировке их и перераспределению различных осадочных пород. Поэтому прибрежная зона часто содержит породы континентально-морского происхождения, лагунно-континентального, морского прибрежного и т. п.

(Слайд1G1_41)

Переплетение континентальных условий с морскими характерно для кайнозойских пород, окаймляющих Карибское море и Мексиканский залив, развитых в СССР, на Среднем Востоке и в Ост-Индии.

Известны коллекторы нефти в зоне палеодельт. Рукава дельт и протоки в зоне прилива могут заполняться песком и другим обломочным материалом и простираться на большие расстояния.

На месторождении Хокинс (Оклахома) пласт песка слагает нефтеносный горизонт Буч, в котором выявлены рукава дельты. Нефтеносные девонские песчаники горизонтов ДI и ДII Туймазинского и Ромашкинского месторождений, а также терригенные отложения нижнего карбона ряда районов Волго-Уральской нефтегазоносной области относят к зоне развития песчаных отложений дельтового типа и к прибрежно-морским.

Геологический разрез Туймазинского месторождения нефти (И.Г.Купров, 1964)

Неритовая область по мере нарастания глубин переходит в батиальную (200—2000 м от поверхности воды) и абиссальную (2000— 9000 м) области. В самой глубокой, пелагической, области (свыше 9000 м) развиты известковые и кремнистые илы и красные глины.

Комплексы фаций, образующихся в пределах областей с более или менее постоянным тектоническим и климатическим режимом, слагают формации (Рухин, 1961).

Среди осадочных формаций выделяют платформенные и геосинклинальные.

Комплексы пород платформенных формаций характеризуются небольшой мощностью и постоянством литологического состава на значительной территории.

В условиях развития платформенных формаций, при проявлении слабо дифференцированных тектонических движений небольшой амплитуды, образуются кварцевые пески и песчаники, каолинитовые глины и другие осадочные породы.

Геосинклинальные формации обладают большой мощностью и в то же время характеризуются непостоянством литологического состава, изменяясь в вертикальном и горизонтальном разрезах.

Схема соотношения основных формаций, образующихся при геосинклинальном типе тектонического движения

Среди геосинклинальных формаций, накапливающихся в условиях дифференцированных тектонических движений большой амплитуды, распространены магматические и пирокластические породы. В них также образуются граувакки, некоторые кремнистые породы и др.

Формации с признаками платформенных и геосинклинальных образований носят переходный характер. Типичными представителями группы переходных формаций являются угленосные и красно-цветные толщи. К ним приурочены месторождения каменных углей, нефти, газа и солей.

Типы и основные совокупности формаций рассматриваются в работах Л. Б. Рухина (1961), Н. Б. Вассоевича (1958), В. В. Белоусова (1954), В. Е. Хаина (1954), В. И. Попова (1954), Ю. А. Жемчужникова (1955) и других исследователей.