Факторы и индикаторы катагенеза реферат

Обновлено: 07.07.2024

Биологическое процветание достигается и упрощением организации. Упрощение организации — морфологический регресс — ведет к исчезновению органов активной жизни и носит название дегенерации. Общая дегенерация как путь биологического прогресса наблюдается у многих форм и связана главным образом с переходом к паразитическому или сидячему образу жизни. Виды, перешедшие к паразитизму, резко отличаются от свободноживущих видов. У растений-паразитов атрофируются корни, листья. Нередко утрачивается способность к фотосинтезу, и такое растение целиком существует за счет хозяина

Работа состоит из 1 файл

катогенез.doc

Катагене́з (от др.-греч. κατα- — приставка, обозначающая движение вниз и γένεσις — развитие) — эволюционное направление, сопровождающееся упрощением организации.

Переход к сидячему образу жизни и пассивному питанию (например, асцидия) сопровождается упрощением организации и устранением от конкуренции с другими видами, что также ведет к сохранению вида.

Катагенез, или общая дегенерация – это процесс снижения общего уровня организации.

В результате катагенеза формируются катаморфозы и гипоморфозы.

а) Катаморфозы – это примитивные признаки, которые появляются при утрате прогрессивных признаков в ходе онтогенеза. Примером могут служить паразитические и сидячие формы, которые на личиночных стадиях ведут активный образ жизни (например, личинки асцидий имеют все черты хордовых, а у взрослых асцидий редуцируется хорда, от нервной трубки остается лишь нервный ганглий без внутренней полости, кровеносная система незамкнутая).

б) Гипоморфозы – это примитивные признаки, которые появляются из-за недоразвития органов, из-за остановки развития на ранних этапах онтогенеза. Гипоморфозы широко распространены у Хвостатых земноводных: у многих видов пожизненно сохраняется жаберное дыхание, а у некоторых видов жабры утрачиваются, но легкие не формируются.

Катаморфозы и гипоморфозы часто наблюдаются у паразитов. Например, утрата дыхательных ферментов у взрослой аскариды – катаморфоз (личинки аскарид – аэробы), а отсутствие пищеварительной системы и недоразвитие нервной системы у ленточных червей – гипоморфоз (по сравнению с сосальщиками). При этом у паразитических червей появляются признаки узкой специализации – теломорфозы. Например, существуют человеческая, свиная, лошадиная аскариды, бычий и свиной цепни. У ленточных червей появляется специфический отдел тела – сколекс, а также стадия финны, которая может служить для бесполого размножения (особенно у эхинококка). Кроме того, для паразитов характерны гиперморфозы: общий гигантизм (паразиты значительно крупнее свободноживущих родственных форм) и переразвитие отдельных систем органов (например, половой системы у цепней).

Неотения. Педоморфозы. Фетализация.

У многих организмов наблюдается утрата взрослого состояния. Это явление называется педоморфоз (точнее, педогенез). Например, у некоторых хвостатых амфибий (протеи, сирены), взрослые стадии онтогенеза полностью утрачены. С педоморфозами тесно связано явление неотении – способности к размножению на ранних (личиночных) стадиях онтогенеза за счет раннего развития половых желез. Например, аксолотли – это неотенические личинки саламандр-амбистом, которые при неблагоприятных внешних условиях, таких, как засуха, остаются в водоемах, не проходят метаморфоз, но приобретают полностью развитые органы половой системы, что позволяет им размножаться, оставаясь личинками по состоянию большинства систем организма.

Возможна и обратная ситуация – сохранение во взрослом состоянии отдельных признаков (тканей, органов, систем органов), характерных для более ранних стадий онтогенеза; это явление называется фетализация. Примером фетализации служит сохранение в скелете взрослых земноводных больших количеств хрящевой ткани, характерной для эмбрионального состояния. В то же время, большинство тканей, органов и систем органов у земноводных развивается нормально, т.е. не происходит существенного нарушения интегрированных процессов онтогенеза.

В некоторых случаях педоморфозы и фетализация приводят к образованию крупных таксонов. Например, можно считать доказанным происхождение аппендикулярий – группы свободноплавающих морских животных, выделяемой в отдельный класс в составе подтипа оболочников – от асцидиеподобных предков (которые вели прикрепленную жизнь на морском дне) путем педоморфоза. Согласно А. Л. Тахтаджяну, процессы неотенизации и педоморфоза сыграли значительную роль в происхождении многих высших таксонов сосудистых растений, например путем педоморфоза произошла редукция гаметофита у цветковых.

На стадии катагенеза реализуется потенциальная возможность ОВ осадочных пород производить нефть и газ и начинается их эмиграция в породы-коллекторы.

Генерация УВ происходит в результате глубокой и закономерной внутримолекулярной перестройки ОВ, которая заключается в дальнейшей его конденсации, ароматизации и карбонизации при воздействии температуры и других факторов катагенеза. Эти преобразования сопровождаются потерей ОВ периферийных алкильных цепей, отдельных циклов и различных функциональных групп, содержащих гетероатомы. При этом образуются жидкие продукты в виде битумоидов и большое количество газообразных веществ: метана, углекислого газа, аммиака, азота и сероводорода. Газы образуются в различных количествах на всех стадиях преобразования ОВ. Однако доля биохимического метана составляет всего около 10 % в объеме, который образуется из рассеянного ОВ при температурах до 200°С (Дж. Хант, 1982).

В катагенезе происходит постепенное упорядочение молекулярной структуры керогена вплоть до образования в конце катагенеза – начале метаморфизма гексагонально-слоистой структуры графита. В результате масса ОВ значительно уменьшается, и ОВ полностью реализует свой генерационный потенциал. Таким образом, процесс катагенеза ОВ представляет собой термическую деструкцию, при которой происходит выделение летучих веществ, то есть твердая фаза начинает выделять жидкие и газообразные продукты. При этом общий объём ОВ в породе сильно увеличивается.

Главным фактором катагенеза ОВ является температура, включая его динамокатагенез, затем следуют каталитические свойства вмещающих пород, время и пластовое давление. Давление как фактор катагенеза оказывает противодействие температуре.

Шкала градаций катагенеза органического вещества. Широко известна шкала градаций катагенеза осадочных образований, составленная Н.Б. Вассоевичем, А.Э. Конторовичем, Н.В. Лопатиным и другими исследователями в 1976 году (рисунок 11).

Начальный или слабый катагенез (протокатагенез), соответствует начальным изменениям породы и ранне- средне- и позднебуроугольным подстадиям превращения ОВ. Продолжительность стадии n·10 5 – n·10 7 лет. Глубина захоронения - 0,1–2,5 км. В стадии катагенеза выделяются два этапа: ранний (начальный) и поздний (глубинный). Граница между подстадиями проводится в диапазоне температур 90-120 0 С, при горном давлении около 100 МПа и понижении общей пористости до 15 %. Такие условия в большинстве случаев наблюдаются на глубине 2,5–5км.

Рисунок . Шкала градаций катагенеза осадочных образований и её сопоставление со ступенями углефикации с упрощением (по Н.Б. Вассоевичу, А.Э. Конторовичу, Н.В. Лопатину и др., 1976) 1 – нефть; 2 – жирный газ; 3 – метан

К умеренному катагенезу (мезокатагенезу), по Н. Б. Вассоевичу, относятся изменения осадочных пород, соответствующие каменноугольной стадии превращения ОВ. Продолжительность – n·10 7 лет. Глубина захоронения осадков – 1,6–10 км. Нефтематеринские породы те же, что и на предыдущей стадии, но более уплотненные. Пористость пород снижается до первых процентов, объемный вес скелета увеличивается до 2,6–2,65 г/см 3 . Битумоиды становятся еще более нейтральными и более легкими, в них возрастает роль масляной фракции. Геохимическая обстановка – восстановительная. Создаются области питания пористых пород водами и области их разгрузки. Основные процессы – перераспределение водорода в ряде компонентов ОВ и потеря гетероэлементов. Битумные компоненты дифференцируются: часть сорбируется и выпадает в твердую фазу, часть становится более легкой, нейтральной, существенно углеводородной. Изосоединения переходят в нормальные. Это стадия зрелой микронефти – завершается процесс дополнительной генерации углеводородов и усиливается их преобразование в сторону возникновения менее крупных молекул. Возрастает роль метановых углеводородов, частично за счет нафтеновых, наименее устойчивых. В итоге микронефть по своим свойствам все больше приближается в капельно-жидкой нефти (т. е. к макронефти).

Таблица . Шкала углефикации ОВ и катагенеза осадочных пород

Газы образуются в различных количествах на всех стадиях преобразования ОВ. Однако доля биохимического метана составляет всего около 10 % в объеме, который образуется из рассеянного ОВ при температурах до 200°С (Дж. Хант, 1982). В целом, процесс эволюции ОВ протекает как во времени, так и в пространстве неравномерно, импульсивно, с различным соотношением объемов образующихся жидких и газообразных продуктов диагенеза и катагенеза. Всё это предопределило приуроченность генерации наибольших объемов жидких и газообразных УВ к определенным глубинным зонам, существующим в разрезе осадочных пород. При этом газы в разных объемах образуются на всех стадиях литогенеза (см. рисунок 11).

Рисунок . Схема эволюции органического вещества с момента его отложения до начала метаморфизма У – углеводы, АК – аминокислоты, ФК – фульвиокислоты, ГК – гуминовые кислоты, УВ – углеводороды, NSO – N-, S-, O-содержащие гетеросоединения (не углеводороды) (по Б. Тиссо и Д. Вельте, 1981 г.).

выделил в процессе образования осадочных пород 5 основных фаз:

выветривание горных пород, денудация (включая перенос исходного

материала осадков), отложение, диагенез и метаморф изм. В цикле литогенеза

различают следующие стадии: 1) образование и мобилизация исходного

вещества осадков в процессе физического и химического разрушения

материнских пород и его перенос к месту захоронения — поверхностный

гипергенез; 2) поступление осадков в конечные водоёмы стока и окончат.

осаждение — седиментогенез; 3) физико-химическое уравнов ешивание

насыщенного водой осадка, завершающееся преобразованием его в

осадочную породу — диагенез; 4) дальнейшие изменения породы по мере

увеличения глубины её захоронения под влиянием возрастающих

температуры и давления, а в некоторых случаях и воздействия водных

растворов и газ ов — катагенез (иногда эту стадию неточно называют

эпигенезом); 5) последую щее преобразование состава пород, особенно

глинистых, при дальнейшем их погружении — метагенез, или собственно

метаморфизм; чаще всего проявляется в геосинклиналях .

Некоторые исследоват ели (советские геологи Н. М. Страхов, Н. В.

Логвиненко и др.) относят к литогенезу только гипергенез, седиментогенез и

диагенез, а метагенез рассматривают как самостоятельную стадию между

Осадочными горными породами называются породы, существующие в

термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной

коры и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания

и разрушения различных горных пород, химического и механического

выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех

Более трёх четвертей площади материков покрыто осадочными

породами, поэтом у с ними наиболее часто приходит ся иметь дело при

геологических работах. Кроме того, с осадочными породами связана

подавляющая часть разрабатываемых месторождений полезных ископаемых,

в том числе нефти и газа. В них хорошо сохранились остатки вымерших

организмов, по которым можно проследить историю развития Земли.

Изучением осадочных горных пород занимается наука литология.

Образование осадков, из которых возникают осадочные горные породы,

происходит на поверхности земли, в её приповерхностной части и в водных

Процесс формирования осадочной горной породы называется

 диагенез – преобразование осадка в осадочную горную породу;

 катагенез – стадия существования осадочной породы в зоне

 метагенез – стадия глубокого преобразования осадочной п ороды в

Образование осадочного материала происходит за счет действия

различных факторов - влияния колебаний температуры, воз действия

атмосферы, воды и организмов на горные породы и т.д. Все эти процессы

приводят к изменению и разрушению пород и объединя ются одним

Различают выветривание механическое, когда раздробление пород

происходит вследствие тек тонических процессов, деятельности воды, ветра,

льда, под влиянием силы тяжести и других причин. Химическое

выветривание связано с тем, что многие минералы, оказавшись у

поверхности Земли, вступают в различные химические реакции. Объём их

при этом увеличивается, и горная порода разрушается. Основными

факторами этого типа выветривания являются атмосферная и грунтовая

вода, свободные кислород и угле кислота, растворенные в воде органические

К процессам химического выветривания относятся окисление,

гидратация, растворение и гидролиз. Химическое разложение протекает

одновременно с механиче ским раздроблением. Физическое (морозное)

выветривание протекает под влиянием колебаний температуры, вследствие

чего минералы, слагающие породы, испытывают поперем енно то сжатие, то

расширение. Это приводит к образованию трещин и в конечном итоге к

разрушению пород. Особенно активно физическое выветривание в районах с

континентальным климатом, где отмечается существенная разница суточных

и сезонных температур. Биологическое выветрив ание производят живые

организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие

Осадочный материал обычно не остается на месте, а переносится под

действием различных факторов в те участки земной поверхности, где

существуют условия, благоприятные для его накопления и захоронения.

Перенос осуществляется главным образом с помощью воды и ветра;

кроме них заметную роль в перемещении осадков играют движущиеся

ледники, айсберги и прибрежные льды, а также свя занные с проявлением

силы тяжести оползни, осыпи, обвалы; а также живые организмы. Чем

меньше частицы, тем дальше они могут быть перемещены. В районах вечной

мерзлоты (нивальный климат) глетчеры транспортируют обломочные

продукты выветривания любых размеров и отлагают их в качестве донных и

конечных морен. В областях пустынь (аридный климат) господствует

эоловый перенос. Он обусловливает сортировку по крупности зерен на

крупные обломки, остающиеся на месте образования, песок, образующий

дюнные ландшаф ты, и тончайшую пыль, лёс, который часто выносится

Главной транспортирующей силой на Зем ле служит вода, которая в

районах с избыточными осадками (гумидный климат, тропический или

умеренный) в форме грунтовых вод, вод источников, речной и озерной воды

стремится под уклон к океану, формируя при этом м ор фологию поверхности.

В зависимости от размеров и ха рактера переносимого водой материала, он

транспортируется либо путем перекатывания, либо во взвешенном состоянии

или в растворенном виде. При понижении скорости течения происходит

последовательное отложение обломков согласно закону механической

осадочной дифференциации: глыбы – валуны – галька – гравий – песок –

алеврит - пелит. Вещества, находящиеся в коллоидном и истинном растворе,

выпадают только вследствие химических процессов. Продукты выветривания

распределяются, таким образом, по всей поверхности Земли, подвер гаются

при этом сортировке и, наконец, отлагаются в виде осадков в самых глубоких

местах или на материках, или (преимущественно) в морских бассейнах (рис.

Транспортируемый осадочный мат ериал осаждается в пониженных

участках рельефа. Скорость накопления осадка колеблется в очень широких

пределах — от долей мил лиметра (глубоководные части морей и океанов) до

нескольких метров в год (в устьях крупных горных рек).

Длительное и устойчивое погружение области осадконакопления

предопределяет образов ание мощно й, однород ной осадочной толщи. В

случае частой смены тектонического режима происходит переслаивание

В процессе переноса и осаждения осадочного материала под

влиянием м еханических, химических, биологических и физико-

химических процессов происходит его сортировка и избирательный переход

в твердую фазу растворенных и газообразных веществ. Этот процесс

называется осадочной дифференциацией. Образовавшиеся в результате

осадочные породы в большин стве своем отличаются от магматических и

метаморфических более простым химическим составом, высокой

концентрацией отдельных компонентов или более высокой степенью

Следует иметь в виду, что наряду с осадочной дифференциацией на

поверхности нашей планеты может происходить и смешивание осадочного

материала (интеграция), поступающего из разных источников сноса. Этот

процесс приводит к образованию полиминеральных пород, слагающихся как

разнородными обломочными компонентами, так и биогенными и

Осадок, накопившийся на дне водоема или на поверхности суши,

обычно представляет собой неравновесную систему, состоящую из твердой,

жидкой и газовой ф аз. Между составными частями осадка начинается

физико-химическое взаимодействие. Активное участие в преобразовании

Во время диагенеза происходит уплотнение осадка п од тяжестью

образующихся выше него слоев, обезвоживание, перекри сталлизация.

Взаимодействие составных частей осадка между собой и окружающей

средой приводит к растворению и удалению неустойчивых компонентов

осадка и формированию устойчивых минеральных новообразований.

Разложение отмерших животных организмов и растений вызывает

изменение окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных свойств

осадка. К концу диагенеза жизнедеятельность бактерий и других организмов

почти пол ностью прекращается, а система осадок — среда приходит в равно -

Продолжительность стадии диагенеза из меняется в широких пределах,

достигая десятков и даже сотен тысяч лет. Мощность зоны осадка, в которой

протекают диагенетические преобразования, также колеблется в

значительном диа пазоне и, по оценке большинства исследователей,

составляет 10— 50 м, а в ряде случаев, по-видимому, может быть и больше.

В стадию катагенеза осадочные породы претерпевают существенные

преобразования, сопровождаемые изменением химико-минералогического

состава, строения и физических свойств. Основными факторами

преобразования пород являются температура, давление, вода, растворенные в

ней соли и газообразные компо ненты, рН, Е h и радиоактивное излучение.

Направленность и интенсивность преобразований в значительной степени

определяются составом и физическими свойствами пород.

В процессе катагенеза происходит уплот нение пород, их обезвоживание,

растворение неустойчивых сое динений, а также перекристаллизация и

На стадии метагенеза происходит максимальное уплотнение осадочных

пород, меняется их минеральный состав, структура. Преобразование пород

происходит под влиянием тех же факторов, что и при катагенезе, но

температура более высокая (200—300°С), выше минерализация и

Изменение структуры пород проявляется в укрупнении размера зерен, в

упорядочении их ориентировки, перекристаллизации с исчезновением

фаунистических остатков. Завершается стадия метагенеза переходом оса-

Формирование осадочных горных пород — сложный природный

процесс, происходящий в различных условиях, которые определяются раз -

нообразными факторами и силами земной и космической природы. Среди

них ведущую роль играют тектонические про цессы. Огром ное влияние на

осадкообразование оказывают климат, рельеф, жизнедеятельность животных

и растительных организмов, но все эти факторы в значительной степени

регламентируются тектони кой. Кроме того, на образование осадочных пород

накладывают отпечат ок газовый состав атмосферы, солевой состав и

минерализация вод гидросферы, рН среды, интенсивность и формы

проявления вулканической деятельности, состав пород в областях питания и

Тектонические колебательные движения способствуют трансгрессии и

регрессии морских водоемов и, следовательно, перемещение береговых

линий. Это отражается на составе и строении отлагаю щихся осадков. В

общем случае регрессия сопровождается укруп нением размера обломочных

частиц, трансгрессия ведет к накоплению более тонкозернистых осадков. В

ряде случаев в результате регрессии могут образоваться обширные

мелководные водоемы, имеющие ограниченную связь с открытым морем. В

условиях жаркого засушливого климата соленость вод таких бассейнов

существенно возрастает, что может вызвать осаждение различных солей.

Вследствие тектонических движений изменяются положение областей

сноса осадочного материала на континентах, рельеф поверхности, скорость

течения рек и временных потоков, что сказывается на минеральном составе и

Процесс преобразования осадочной породы в результате её погружения, при котором осуществляется повышение температуры и давления, вплоть до полной её перекристаллизации и, возможного прекращения участия в данном процессе воды в жидкой фазе, называется катагенезом.

Рис. 1.16. Схема вертикальной зональности образования углеводородов: I – по Рогозину, Неручеву, Успенскому (1974). Интенсивность генерации углеводородного газа рассеянным ОВ пород: 1-3 – кривые интенсивности генерации газа: 1 – сапропелевым органическим рассеянным веществом (РОВ) пород (в % на органическую массу буроугольной стадии С г = 68%), 2, 3 – сапропелевым и сапропелево-гумусовым РОВ (в % на органическую массу средней буроугольной стадии) по данным А.Э. Конторовича и Е.А. Рогозиной; II – по Вассоевичу и др. (1974). Схема вертикальной зональности и генерации метана, жирного газа (С₂ – С₄) и нефти органическим веществом в процессе литогенеза R° - отражательная способность витринита в масле; П_нм – нефтематеринский потенциал – выход УВ (% от содержания С_орг на данном этапе катагенеза); III – по Вассоевичу (1974); IV – по Конторовичу и др. (1974). Интенсивность генерации битумоидов и углеводородных газов седикахитами в зоне катагенеза: ВЗГ – верхняя зона интенсивного газообразования; ГЗН - глубинная зона интенсивного газообразования (с добавлениями Баженовой и др. (2004).

Катагенез – это процесс преобразования сформировавшейся в результате завершения процесса диагенеза осадочной породы с участием воды за счёт постепенного повышения температуры и давления в результате погружения осадочной породы на глубину до более 9 км, где участие воды в процессе преобразования породы изменяется (участками прекращается) и начинает осуществляться стадия метагенеза или метаморфизма. Катагенез проявляется в виде перекристаллизации породы, отложением новых гидротермальных минералов, выносом захороненного органического вещества в виде нефте- и газопродуктов.

Применительно к осуществлению процессов (рис. 1.15 и 1.16.) нефте- и газообразования катагенез можно подразделить на три стадии: раннюю, среднюю и позднюю. Ранней стадии катагенеза соответствуют глубина 0,5-1,5 км и температура 20-65°С. Здесь продолжается генерация газа, начавшаяся в стадию диагенеза и начинается начальная стадия выделения из породы первых порций нефти. Средняя стадия катагенеза или главная стадии формирования нефти, подразделяется на ряд уровней, из которых наиболее благоприятными являются глубина 1,5-5,0 км при температуре 65-150°С. Ниже располагается менее благоприятная зона, соответствующая глубине 5,0-7,0 км и температуре 250-350°С. Первой из названных зон соответствует максимум выделения из пород нефти, второй – максимум выделения газа при постепенном замедлении выделения нефти. Третьей, поздней стадии катагенеза, соответствует затухающая стадия формирования нефти. Здесь глубина составляет 7,0-9,0 км, температура поднимается до 250-350°С и происходит постепенное прекращение генерации нефти, медленное затухание генерации газа.

В нижней точке зоны катагенеза роль воды в преобразовании резко сокращается, так как вода переходит в надкритическое состояние.

В стадию метагенеза (метаморфизма) происходит дальнейшее преобразование осадочной породы. Здесь начинается образование метаморфических минералов, возникающих только при повышенных температурах и давлении, формируются новые текстуры, т.е. первоначальный рисунок породы полностью затушевывается.

Глубины проявления этой стадии составляет более 9 км, температура – выше 350°С. Здесь процесс нефтеобразования уже закончился, а газообразование постепенно затухает. Процесс затухания выделения из пород газа до его полного прекращения именуется газовым дыханием.

Исследования по данному направлению проведены как российскими, так и зарубежными учёными. В СССР и России это работы Н.Б. Вассоевича, А.Э. Конторовича, В.И. Рогозина, С.Г. Неручева, В.А. Успенского, О.К. Баженовой, их ученики и последователи, из зарубежных ученых приведём в качестве примера Б. Тиссо и Д. Вельте, 1981 г. (рис. 1.17.).

Как видно из рисунка основные исследования данного вопроса в нашей стране приходятся на первую половину семидесятых годов. Группа авторов в различных регионах нашей страны пришли к близким выводам о генерации нефти и газа из осадочных пород сапропелевого типа при их преобразовании после перекрытия вышележащими отложениями и прохождения преобразований при повышенных давлении и температуре в зоне диагенеза и катагенеза.

Рис. 1.17. Схема эволюции органического вещества с момента его отложения до начала метаморфизма У – углеводы, АК – аминокислоты, ФК – фульвиокислоты, ГК – гуминовые кислоты, УВ – углеводороды, NSO – N-, S-, O-содержащие гетеросоединения (не углеводороды). (по Б. Тиссо и Д. Вельте, 1981 г.).

Читайте также: