Осадочная дифференциация вещества реферат

Обновлено: 04.07.2024

При разрушении материнских пород, переносе и отложении осадочного материала происходит разделение (дифференциация) вещества в результате которой формируются осадки определенного состава. Дифференциация происходит по крупности, плотности, химическому составу. Понятие об осадочной дифференциации ввел в литологию Л.В. Пустовалов в 1940 г. Он различал два типа дифференциации: механическую и химическую.

Механическая дифференциацияосадочного материала проявляется в сортировке обломочных частиц по величине, плотности и форме зерен.

В результате такой сортировки мы видим, что горные области окаймляются полосами грубообломочного материала, по мере удаления от источника сноса размерность частиц уменьшается.

Дальность переноса зависит от формы частиц. Так, например, округлые частицы обладают высокой скоростью осаждения и оседают первыми. Пластинчатые минералы благодаря своей форме обладают повышенной плавучестью и уносятся дальше от источника сноса, намного обгоняя зерна других минералов. Сортировка обломочного материала по плотности приводит к образованию россыпей золота, платины, приуроченные к участкам рек, характеризующихся высокой подвижностью водной среды.

Химическая дифференциация вещества заключается в последовательном осаждении соединений из водных растворов в соответствии с их растворимостью. Л.В. Пустовалов отметил, следующий порядок отложения химических соединений в осадок от места сноса:

Окислы Fe → Mn → SiO₂ → Силикаты Fe → Соли закиси Fe → CaCO₃ → CaMg(CO₃)₂ → CaSO₄ → NaCl → KCl → → MgCl₂(MgSO₄)

В этом ряду Л.В. Пустовалов не учитывал роль климатических, тектонических, физико-химических факторов и характера жизнедеятельности организмов, которые нарушают схему последовательности отложения вещества из водных растворов. Следует отметить еще и такой факт, что в процессе развития Земли роль отдельных факторов претерпевала значительные изменения. Так, например, железные руды в докембрии представляли собой отложения, удаленные от берега. Фанерозойские железистые отложения приобретают широкое развитие в прибрежно-морских условиях и представлены мелководными оолитовыми рудами, а в мезозойскую эпоху появляются континентальные железные руды.

В результате химической дифференциации вещества в природе локально обособлены определенные химические типы осадочных пород –карбонатные, кремнистые, фосфатные, железистые, галлоидные. Продукты осадочной дифференциации, соседние по расположению в схеме, обычно встречаются совместно. Например, гипсы часто переслаиваются с доломитами и каменной солью, но никогда не ассоциируют с бурыми железняками и фосфоритами.

В настоящее время помимо механической и химической типов дифференциации выделяют: физико-химическую – дифференциацию коллоидного материала; и хемобиогенную – осаждение и дифференциацию вещества благодаря жизнедеятельности организмов.

Закономерный природный процесс дифференциации в отложении вещества неотъемлемо связан с противоположным процессом – его интеграцией. А именно, осадочный материал, поступающий в зону осадконакопления с разных источников сноса, смешивается. В результате одновременного осаждения обломочного, хемогенного, биогенного вещества образуются породы смешанного (гибридного) состава.

Осадочная дифференциация является основным фактором, оказывающим большое влияние на формирование нефтегазоносных толщ и коллекторских свойств пород. Коллекторские свойства породы формируются в процессе осадконакопления.

Содержание работы

1) Введение
2) Осадочная дифференциация
3) Коллектор
4) Факторы образования пород коллекторов

Содержимое работы - 1 файл

Реферат Панков.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Введение
Осадочная дифференциация
Коллектор
Факторы образования пород коллекторов

В процессе переноса и осаждения осадочного материала происходит его разделение по размеру, плотности, химическому составу и химическому сродству.

Сущность осадочной дифференциации заключается в том, что под влиянием механических, химических, биологических и физико-химических процессов происходит рассортировка осадочного материала или избирательное выделение в твердую фазу растворенных и газообразных веществ с последующим переходом отделившихся однородных продуктов в осадок.

Механическая дифференциация происходит в процессе транспортировки и осаждения обломков минералов, горных пород, скелетных остатков организмов и отмерших остатков растений в зависимости от их размера, формы и плотности.

Химическая дифференциация — совокупность геохимических процессов, происходящих в гидросфере, приводящих к избирательному переходу растворенных веществ в твердую фазу в зависимости от изменения температуры, давления и др.

Биогенная дифференциация проявляется при осаждении растворенных и газообразных веществ благодаря жизнедеятельности организмов, строящих из них свои скелеты или накапливающих их в мягких тканях

Физико-химическая дифференциация проявляется при осаждении коллоидного материала в результате укрупнения частиц при коагуляции коллоидных растворов, происходящей при смешении растворов с неодинаково заряженными частицами, повышении концентрации частиц, а также под влиянием радиоактивного излучения, изменения свойств среды и других причин.

Коллектор углеводородов — горная порода, содержащая пустоты (поры, каверны или системы трещин) и способная вмещать и фильтровать флюиды (нефть, газ, воду). Подавляющее большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение. Коллекторами нефти и газа являются как терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты, некоторые глинистые породы) так и хемогенные и биохемогенные (известняки, мел, доломиты), а также смешанные породы.Факторы влияющие на формирование коллекторов

Факторы образования пород коллекторов

Литологические факторы в формировании коллекторских свойств горных пород являются определяющими. Образование пустотного пространства в коллекторах тесно связано с генезисом самих пород и происходит на разных этапах литогенеза - в седиментогенезе, диагенеза, эпигенезе.

В седиментогенезе осуществляется заложение первичной, седиментационной пористости, обусловленной условиями и процессом осадконакопления и первичной структурой осадка как следствия условий седиментации.
На стадии диагенеза и эпигенеза образование полезной емкости определяется диагенетическими и эпигенетическими преобразованиями, происходящими соответственно в осадке и породе и приводящие к образованию вторичной пористости.

Тектонические факторы. Условия осадконакопления теснейшим образом связаны с тектоническим развитием бассейна осадконакопления. В отложениях, накапливающихся на мелководье или на повышенных участках морского дна пористость обычно значительно выше, чем в карбонатных осадках, отлагавшихся в более глубоководных условиях. Кроме того, с повышением рельефа морского дна часто связаны биогермные постройки (биогерма - известковый нарост на дне водоема, образованный прикрепленными организмами), обладающие высокой изначальной пористостью.

В дальнейшем при погружении пород происходит уменьшение первичной пористости в основном за счет уплотнения и цементации пород. При медленном погружении уплотнение происходит равномерно, и уже на глубинах 2,5-3 км первичная пористость достигает своей минимальной величины.

Если же погружение пород происходит быстро (некомпенсированное прогибание), то последние остаются недоуплотненными, и при прочих благоприятных условиях в них на больших глубинах может сохраниться достаточно высокая первичная пористость.
Таким образом, одним из основных тектонических факторов, влияющих на формирование и сохранность первичной пористости, является направленность и интенсивность колебательных движений.

Литологические и палеогеографические предпосылки формирования в осадочном чехле пород-коллекторов и пород-флюидоупоров.
Емкостно-фильтрационные свойства горных пород в значительной мере определяются литолого-фациальными условиями осадконакопления.

Среди отложений морского генезиса породы-коллекторы имеют максимальное развитие в прибрежных и мелководно-шельфовых образованиях. В прибрежных зонах, на глубинах моря до 30 м, охватывающих при пологом рельефе обширные площади, вследствие перемещения береговой линии во времени в результате развития трансгрессий и регрессий терригенные породы-коллекторы образуют выклинивающиеся вверх по восстанию пласты, слагают расположенные параллельно берегу валы и гряды высотой до нескольких метров, баровые тела, береговые дюны, пляжевые образования.

Прибрежная зона шельфа максимально подвержена действию приливов и отливов и имеет большую гидродинамическую активность вод. В результате происходит постоянное взмучивание осадков, сортировка их по размеру, шлифовка поверхностей обломочных зерен. Среди прибрежных отложений наиболее широко распространены песчаники с незначительной примесью глинистых частиц, окатанными зернами и характерной разнонаправленной косой слоистостью. Карбонатные отложения в этой зоне широко представлены оолитовыми, органогенными, органогенно-обломочными и обломочными разностями.
В связи с этим именно прибрежные фации чрезвычайно благоприятны для обнаружения мощных относительно выдержанных терригенных, терригенно-карбонатных и карбонатных коллекторов с высокими ФЕС.
Наибольший интерес среди аккумулятивных тел прибрежных фаций представляют бары.

Органогенные, органогенно-обломочные и обломочные карбонатные породы прибрежной и мелководной зон характеризуются высокой седиментационной пористостью. Это объясняется тем, что в осадках с повышенным содержанием ОВ выделяется большое количество углекислого газа, способствующего развитию процессов растворения известняков. Именно в этой зоне формируются каверново-поровые типы коллекторов с высокими емкостно-фильтрационными свойствами.

Прибрежные отложения, как правило, не содержат непроницаемых пород регионального и зонального распространения. Подчиненное развитие глинистых пород в этой зоне, высокое содержание в них песчаной и алевритовой примеси приводят к формированию в последующем лишь локальных покрышек, способных контролировать небольшие по запасам залежи.

Породы-флюидоупоры более высокого качества следует искать в перекрывающих отложениях, представленных трансгрессивными сериями более глубоководных частей морских бассейнов

Фации мелководных частей шельфа образуются на глубинах моря от 30 до 100 м. Здесь еще продолжает сохраняться значительная гидродинамическая активность вод. Эта зона густо заселена разнообразным бентосом, высшими и одноклеточными водорослями, рифообразующими кораллами. Здесь формируются различные типы терригенных, терригенно-карбонатных и хемогенных осадков.

Образованиями мелководных фаций, представляющими большой интерес для нефтяников, являются различные органогенные постройки, в первую очередь береговые и краевые рифы. Мелководные морские отложения служат местом накопления мощных, выдержанных по простиранию терригенных и карбонатных пород с большой долей коллекторов высокого класса. Примером выдержанных терригенных коллекторских толщ мелководного генезиса служат сеноманские песчаники севера Западно-сибирской привинции. Из глинистых отложений мелководно-морских фаций впоследствии формируются покрышки невысокого качества, зонального и локального распространения, что объясняется значительной примесью в глинах песчано-алевритового материала.

Для шельфовых отложений, образовавшихся на глубинах 100-200 м, характерно накопление осадков при слабой гидродинамической активности вод, без существенной смены обстановки на больших площадях. Среди органогенных пород развиты фораминиферовые известняки, диатомиты, опоки. Широко распространены хемогенные – карбонатные, кремнистые, фосфорит и глауконитсодержащие.

Среди умеренно-глубоководных отложений породы-коллекторы встречаются значительно реже. Аналогичные условия накопления коллекторских толщ характерны и для глубоководных батиальных областей.

Умеренно-глубоководные и глубоководные фации служат областями развития региональных глинистых покрышек высокого качества. В этих частях морских бассейнов формируются мощные глинистые толщи, содержащие незначительную примесь песчаного материала и выдержанные на больших территориях.

Установлено, что больше всего микронефти находится в горных породах, формировавшихся в восстановительной обстановке и содержащих сапропелевое вещество. Такие породы, обогащенные сапропелевым веществом, называются, возможно, нефтематеринскими. Это преимущественно глинистые и алеврито-глинистые породы. Образование собственно нефти и ее крупных скоплений возможно при значительном тектоническом прогибании земной коры, сопровождающемся накоплением новых мощных осадков, захороняющих прежние. В позднем катагенезе, когда нефтематеринские породы оказываются на глубинах 3 - 4 км, в условиях повышенных давлений и температур (80 - 150 o С) происходят выжимание и миграция углеводородов в хорошо проницаемые песчаные или трещиноватые горные породы, называемые коллекторами (лат. "коллектор" - собирающий). Такая миграция происходит до встречи с водонепроницаемыми породами, под которыми при благоприятных условиях накапливается нефть, формируются залежи.

1.Литология – наука, которая изучает осадочные горные породы.

Осадочные г.п. – геологические образования минерального или органического состава, возникшие на земной поверхности либо вблизи нее, под воздействием химических, физических и биологических процессов и существующие при термодинамических условиях, свойственных для внешней части з.к. (t до 250-300, р=250 мПа)

Необходимость изучения г.п.:

1)экономическая – вмещают месторождения горючих рудных и неМе п.и.

2) теоретическая а) информация о механизмах и обстановках осадконакопления

б) понимание древних ландшафтов (палеогеография)

в) расшифровка эволюции процессов и жизни на Земле (по орг.остаткам)

О.г.п. составляют 11% объема з.к, 80% общей площади суши, 76% площади дна Мирового океана.

Направление литологии и ее задачи:

*СТАДИАЛЬНОЕ - История развития осад.породы от зарождения до исчезновения-изучение закономерностей превращения осадков в породы и изменение осадочных пород.

*СЕДИМЕНТАЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ- Стадии осад.процесса(механизмы транспортировки и обстановки отложения осадка)-фациальный анализ.

* ИСТОРИКО-ЛИТОЛОГИЧЕСКОЕ- Эволюция и периодичность осадконакопления в истории Земли изменение состава и набора пород, способов осаждения материала.

1) Совершенствование теории литогенеза (как рождаются о.г.п)

2) создание единой генетич.классификации о.г.п9не создана единая концепция)

3) совершенствование представлений о периодичности и эволюции осадконакопления

4) разработка и совершенствование литологических основ прогнозирования природных резервуаров нефти и газа

1)комплексное изучение состава и строения осадочных пород всесторонними современными методами

2) создание литолого-фациальной и палеогеографической основы для прогнозирования п.и.

3)изучение зависимостей коллекторских св-в пород от литологич.состава
2. Химический и минеральный состав о.г.п существенно отличается от первичных магм-их.

*Повышенное содержание в осадочных породах Ca, C, CO₂, H₂O, S, Cl, F преобладание оксидного Fe, преобладание K и Na

1) минералы, встречающиеся как в магматических, так и в осадочных породах (кварц, полевые шпаты). В о.п. в 2 раза больше кварца и в 5-7 раз меньше п.ш. – нет средних и основных, есть кпш

2) минералы, встречающиеся только в магматических породах (оливин, пироксены, амфиболы, биотит, магнетит) –хорошо выветриваются и не встречаются в осадочных.

3) минералы, встречающиеся только в осадочных породах (каолинит, монтмориллонит, гидрослюда, кальцит, доломит, сульфаты, галоиды).

Возможно наличие пироксенов в осадочных при быстром выветривании и быстром захоронении(короткий путь транспортировки)

* Признаки осадочного происхождения:

1) форма залегания (пластовая)

2) структуры (обломочные)

3) текстуры (слоистые). У других пород нет(только расслоение магматических тел-более легкие↑,более тяжелые ↓)

4)компонентный состав (смешанный).Так как много материнских пород.

Некоторые обычные минералы: оксиды(гематит, магнетит, сфалерит), сульфиды(пирит, галенит), карбонаты (арагонит, кальцит, доломит, анкерит), сульфаты(ангидрит, гипс), галоиды(галит, сильвин)

Не-ферромагнезиальные (обычны в осадочных породах): кварц, мусковит(слюда), пш, кпш, ортоклаз,микроклин,плагиоклаз

Ферромагнезиальные (редки в о.г.п.) – оливин, пироксен, авгит, амфибол, роговая обманка, биотит (слюда).
3. Последовательность формирования осадочной породы

2)седиментогенез(образование исходного осадочного материала, перенос осадочного материала, накопление осадка)

3)диагенез(преобразование осадка в ГП)

Идёт разрушение кореннных ГП и создание исходного осадочного материала→ перенос осадков водой, ветром, ледниками и частичное осаждние→осаждение исходного в-ва в водной среде и образование рыхлого пористого насыщенного водой осадка(моря, океаны-конечный водоём стока)→ превращение сложной неуравновешанной и многокомпонентной системы в осадочную ГП.
4. Цикл преобразования пород

гранит→(выветривание) зерна SiO₂ +ПШ→ песчаник→ кварцит

5. источники осадочного материала (литосфера, гидросфера, атмосфера, глубин.недры)

а) литосфера – роль физического и химического выветривания в образовании исходного материала; кора выветривания;
а). Литосфера.

Литосфера – образование осадочного материала в литосфере происходит на поверхности Земли и в верхних её слоях выше грунтовых вод в следствии выветривания, механич-го раздробления и химич-го разложения пород различного состава и генезиса.

Выветривание: физическое, химическое.

Физическое выветривание вызывается разнообразными факторами.

-В одних случаях процесс разрушения происходит внутри самой г.п. без участия внешнего, механически действующего агента. Сюда относится изменения объема составных частей породы, вызываемое колебанием t. Такое явление может быть названо t-ым выветриванием.

-В других случаях г.п. разрушается под механическим воздействием посторонних агентов. Такой процесс может быть условно назван механическим выветриванием.

Под физическим выветривание понимается механическое измельчение г/п без изменения их химич.состава. Оно осуществляется под воздействием солнечной энергии (t-ное) и при участии воды(морозное) выветривание.

*Основным фактором температурного выветривания явл-ся резкое колебание температуры, обычно проялвющееся в полярных странах, пустынях и высокогорных областях. Здесь г/п, лишенные значит.растительного покрова способны сильно нагреваться днём и охлаждаться ночью. Возникающие при этом температурные расширения и сжатия создают внутреннее напряжние, которые ослабляют силу сцепления м/у минерал.зернами и приводят к дроблению пород. Наряду с контрастными колебаниями t-ры,этому способствует анизотропия и не одинаковое расширение(термическое) породообразующих минералов, текстурно-структурные особеннности пород и их минер.состав.

*Наибольшему разрушению подвергаются темноокрашенные полиминеральные магматич. г/п крупнозернистой стр-ры, обладающие первичной отдельностью.

Морозное выветривание

Вода, попадая в трещины и поры г.п., при низких t замерзает, увеличивается в объеме на 9-10% , производя при этом огромное давление. Такая сила раскалывает на отдельные обломки г.п.

Наиболее интенсивно расклинивающее действие производит замерзающая вода в трещинах пород.

Оно наблюдается в высоких полярных и субполярных широтах, а также в горных районах выше снеговой линии, где в ряде случаев проявляется и t-ое выветривание.

В результате огромные пространства сплошь покрыты обломками (глыбовые и щебнистые развалы). Итог физического выветривания: различные по размерам (от глыб до алеврита) обломки г.п.

Первичная отдельность пород способствует появлению трещин(туда вода).

Физическое выветривание активно происходят в аридном климате(расширение, сжатие).

Биологическое выветривание.

Основные агенты: корни растений и крупных деревьев, роющие животные сверлящие микроорганизмы, лишайники.

Лишайники поглощают из породы химические вещества и разъедают ее, при разложении ОВ выдел-ся органические кислоты и углекислый газ-это ↑ растворимость воды, химическая активность бактерий влияет на изменение почв и пород.

Химическое выветривание.

Разрушение пород под влиянием хим.процессов. Физическая дезинтеграция резко увеличивает реакционную поверхность выветривающихся пород. Главными факторами является вода, кислород, углекислота и органические кислоты, существенно изменяющие структуру и состав минералов.

Наиболее благоприятные условия: гумидные области, тропики (сочетание большой влажности, высокой t, пышной растительности и огромного ежегодного отпада органической массы).

Процессы хим.выветривания обусловлены реакциями:

1) окисление - характерно для элементов с несколькими степенями валентности(Fe, Mn, S)

2) Гидратация – процесс связывания частиц растворимого в воде вещества с молекулами воды (CaSO₄*2H₂O)

3) растворение – переход из твердого состояния в раствор: CaCO₃+H₂O+CO₂=Ca(HCO₃)₂. Также присуще для галоидов (бораты) и сульфатов.

4) Гидролиз – реакция обменного разложения между водой и различными химическими соединениями, способными под действием воды расщепляться на более низкомолекулярные соединения с присоединением элементов воды (H и OH) – 4KAlSi₃O₈ (ПШ)+6H₂O=4KOH+8SiO₂+Al₄(Si₄O₁₀)(OH)₈ (ГЛИНА)

*схема скорости химич. Выветривания.

Оливин(Fe-Mg)-быстро разрушается→ пироксен→ амфибол→ КПШ→ мусковит→ кварц

Калиевый плагиоклаз→ натриевый плагиоклаз→кварц(в последнюю очередь)

*Ряд миграции эл-в при выветривании по Перельману(слайд)

SiO2 –силиатная у ПШ легко выносися, у оксидных-неподвижен.

В результате единого и сложного процесса разрушения г/п образуются раздичные продукты выветривания.

Остаточные или несмещенные продукты выветривания, остающиеся на месте разрушеня материнских(коренных гп,представляют собой важный генетический тип континентальных образований-элювий.

Кора выветривания оюбъед-ет всю совокуп-ть различных элювиальных обр-ний.

Общий процесс формир-ня кор выветр-ния весьма сложен, зависит от сочетания многих факторов и представляет несколько явлений:

2)частичный вынос и перераспределение продуктов выветривания;

3)синтез новых минералов в рез-те взаимод-я продуктов выветривания в ходе их миграции;

4)метасоматические-замещение минералов материнских пород.

В Башкирии нет латеритов и бокситов. В Африке-весь профиль выветривания.

Газовый состав: углекислый газ, кислород, азот входят в состав известняков, доломитов и углей.

Играют важную роль в формировании осадочного материала. Кроме того атмосфера является и местом образования осадочного материала. Во время штормов с поверхностей морей и океанов срывается огромное количество пылевидных частиц воды. После ее испарения в воздухе остаются мельчайшие частички солей, представляющих собой осадочный материал. В благоприятных условиях они, достигнув суши, могут отложиться в виде осадка или выпасть на землю вместе с атмосферными осадками.
в) Гидросфера.

Растворенные и взвешенные частицы, поступающие с суши, при разрушении рифов, морских берегов, островов, турбидитных потоков, вулканической деятельности, гальмиролиза, жизнедеятельности организмов.

1)химическое разложение продуктов вулканизма

2)химические реакции кристаллизации

3) жизнедеятельность животных и растительных организмов.

Гальмиролиз,где есть на дне океана вулканы. Идёт разгрузка магмы→остывание быстрое,о стекленение(метастабильные формы-дефектные кристаллы)→разложение стёкол под дей-ем воды→ образование бентонитовой глины(сорбент). Гальмиролиз-пр-с разложение стекла до глин.Осн.стекла быстрее,кислые-медленнее разлагаются)

Турбидитные потоки-там где есть участки в МО эрозионно-оползневые процессы.

На материковом склоне осадки утолщаются и не могут удерживаться на наклонной поверх-ти→оползание→ масса водонасыщенногорыхлого материаа формирует турбидитный поток,неся толщи осадков→ конус выноса в океане.

г) участие эндогенных источников (магматизм) в накоплении осадочного материала

Осадочный материал из недр земли поступает главным образом в результате вулканической деятельности в виде твердой, жидкой и газообразной фаз. Продукты вулканической деятельности:

1)вулканический пепел, пыль, пемза(подводные условия)

3) гидротермальные растворы SiO₂ (гейзериты), Fe, S

Мелкие частицы разносятся ветром на значительные расстояния – десятки и сотни км, а пылеватые могут быть рассеяны на поверхности всей планеты.

6. Условия транспортировки материала в различных средах:

а) водной – речные системы (формы осадочной поверхности и распределение частиц в слое), подводные течения, волновой перенос, приливы-отливы;

б) воздушной (песчаная рябь);

в) твердой (ледники)

г) участие гравитационных сил в транспортировке материала

Осадки в целом транспортируются под д-ем трех осн.процессов:

-под д-ем движения масс(гравитац.потоки)

-флюидами(вода и воздух)

-ледниками
а. Массоперенос водой. Существует 3 способа переноса материала: 1) влекомый(тащится по дну, перекатывается) 2) во взвешенном состоянии 3) в растворенном виде(ионы)

Классификация режимов течения и их характеристики:

1) спокойный режим – осадки переносятся прерывистым способом, формируются все виды ряби, наблюдается значительная сортировка материала

2) переходный режим – конфигурация ложа при переходе от крупной ряби спокойного режима течения к плоскому ложу и антидюнам бурного режима неустойчивая

3) бурный режим – перенос осадков значительный, главный способ переноса осадков – непрерывное перекатывание отдельных зерен вниз по потоку. Главные формы – плоское ложе и антидюны.

Перенос реками: 1)твердые частицы различных размеров 2)истинные растворы: легко растворимые соли(хлориды, сульфаты, карбонаты, соединения Fe, Mn, P) 3) коллоиды – глинистые минералы, кремнезем, ОВ, соединения Fe, Mn, P.

В изучении геохимических проблем осадочного литогенеза разработке вопросов теории осадочной дифференциации вещества в процессе выветривания и седиментации принадлежит самое руководящее значение. Главное — познать закономерности геохимического распределения вещества при выветривании, почвообразовании, гидрогенезе, галогенезе, биогенезе, диагенезе при отложении на месте и переносе его на большие расстояния. Осадочной дифференциацией определяются стратиграфические, литологические, минералогические и геохимические особенности осадочных отложений, их состав и фациальные комплексы.
Некоторые важные аспекты этой проблемы рассмотрены в работах В.М. Гольдшмидта, Л.В. Пустовалова, А.Е. Ферсмана, Б.Б. Полынова, Н.М. Страхова, Б.П. Кротова, Г.И. Теодоровича, К.И. Лукашева и др.
В числе важнейших факторов осадочной дифференциации отмечаются геохимические свойства элементов, их миграционная способность, состав и свойства кристаллов, минералов и горных пород, характер выветривания и переноса материала, термодинамические условия среды. Кратко напомним, что в схеме В. М. Гольдшмидта осадочная дифференциация объясняется ионными потенциалами элементов, которыми определяется поведение элементов при взаимодействии вещества с водой. В зависимости от величины ионных потенциалов одни элементы (например, двухвалентный бериллий, трехвалентный алюминий, четырехвалентный титан) осаждаются совместно; другие (Ca, Na, Mg) остаются в растворе при выветривании и переносе; третьи осаждаются при гидролизе и т. д.
Такие элементы, как Na, Cl, В, J, Br, и некоторые другие, играющие особую роль в осадочном морском комплексе, В.М. Гольдшмидт назвал руководящими.
В схеме Б.Б. Полынова геохимическая дифференциация выступает в образовании различных остаточных и аккумулятивных стадий коры выветривания и в результате последовательного выноса химических соединений: обломочной, сиаллитной, аллитной, карбонатной, хлоридно-сульфатной, парагенетически связанных между собой в фазах и циклах развития орто-, пара- и неоэлювия.
По Полынову, грубообмолочная стадия является наиболее ранней, а аллитная — последней фазой химического выветривания и дифференциации. На начальной стадии продукты выветривания теряют хлориды и сульфаты (хлор и серу), на конечной — кремнезем.
Л.В. Пустовалов и А.Е. Ферсман с осадочной дифференциацией связывают образование ряда континентальных и морских геохимических фаций — латеритной, подзолистой, растворимых солей, железных руд, углей и др. А.Е. Ферсман предложил также схему последовательности образования осадков соляных бассейнов, выделив зоны кремневых отложений, железистых осадков, карбонатов Ca и Mg, гипса, ангидрита, астраханита, карналлита и др. В работах Н.М. Страхова обоснована схема закономерности размещения отложений железа, марганца, алюминия, кремния, фосфора и других элементов в условиях суши и водоема.
Наиболее полный перечень форм химической дифференциации содержится в работах Г.И. Теодоровича. Среди них: 1) почвенные горизонты; 2) горизонты коры выветривания; 3) химическое и механическое разделение в путях переноса; 4) химическое разделение в прибрежной полосе озер, опресненных лагун и морских водоемов; 5) разделение в осолоненных лагунах; 6) химическое разделение в пересыщенных растворах; 7) разделение в зонах донного течения; 8; биохимическое разделение и фиксация химических элементов в скелетах организмов; 9) обогащение осадков в результате эффузии или термальной деятельности.
Труды названных и других ученых сыграли большую роль в изучении и объяснении важнейших закономерностей формирования осадочных отложений, специфики их геохимического состава и пространственного размещения в земной коре. В то же время развитие литологии и геохимии в последнее время позволяет формулировать ряд новых положений, характеризующих формы и процессы осадочной дифференциации.
Схематическое изложение главных положений автора по этому вопросу сводится к следующему. Нами выделены основные формы осадочной дифференциации.
1. Механическая дифференциация определяется: а) составом вещества (размером частиц, их удельным весом); б) условиями и способом отложения и переноса (путем гравитационного перемещения по склону, водой, ледником, ветром). В результате механической дифференциации образуются остаточные и аккумулятивные отложения. Среди последних видное место занимают: в горных районах — отложения коллювия, делювия и пролювия; в равнинных — отложения рек и континентальных озер; в прибрежных — дельтовые и пляжевые; в пустынных — эоловые. С механической дифференциацией связано образование россыпей ценных минералов и металлов: золота, платины, титана, циркония, тория и др. Продукты механической дифференциации в виде песков, глин илов и более грубообломочных отложений являются господствующими в осадочной толще земной коры.
2. Химическая дифференциация — определяющими факторами являются химические свойства элементов, их валентность, способность к растворению, окислению, восстановлению, комплексообразованию, обменным реакциям, осаждению из растворов, к коллоидной коагуляции, пептизации и др. Весьма характерными в этой группе являются продукты: а) окислительно-восстановительных процессов, руды железа, марганца, меди, серебра, серы и др.; б) химической садки (хлоридов, сульфатов, карбонатов); в) эллювиально-иллювиальных процессов выноса и аккумуляции подвижных химических соединении в почве и корах выветривания; г) комплексообразования.
В целом отложения химической дифференциации (хемогенные отложения) представлены большим количеством представителей карбонатных, железистых, кремнистых и соляных отложений.
3. Кристаллохимическая дифференциация определяется процессами кристаллизации из растворов и расплавов в разных геохимических условиях среды, образование разнообразных классов минералов и генетических типов пород, структурные преобразования минералов под воздействием геохимических процессов (гидролиза, гидратации, изменения кислотности и др.). В осадочной толще с кристаллохимической дифференциацией связаны образование и переход из одного кристаллического состояния в другое большего количества гипогенных и гипергенных минералов, особенно силикатов и алюмосиликатов, избирательное (в зависимости от pH—Eh среды), образование различных минералов, особенно железа, марганца, магния, серы и других элементов,, а также глинистых минералов.
4. Биологическая дифференциация — определяющими факторами являются избирательная способность биоценозов к использованию химических элементов, процессы минерализации органического вещества и биосинтеза гумусовых и других органических веществ, условия накопления и сохранения биомассы. Главные продукты: биолиты угольного и нефтяного ряда, многообразные продукты биосинтеза, органо-минеральные образования.
5. Гидрохимическая дифференциация. Для нее характерны: компонентный состав растворов, их насыщенность, состав химических элементов и их ассоциация, форма нахождения в воде (минеральная, ионная и др.). Результаты гидрохимической дифференциации хорошо проявляются в отложениях солей, карбонатов, гидрогеохимических ореолов рассеяния металлов и др.
6. Газовая дифференциация характеризуется способностью к летучести, переходу вещества из твердого и жидкого в летучее состояние, радиоактивная эманация, конституционная связь газов с минеральными водами, биолитами и другими образованиями. Важнейшими представителями продуктов этой группы являются газы магматических, метаморфических и осадочных пород, углей и нефти, подземных вод и источников, газы океанов и морей, газы атмосферы и др. Под воздействием мигрирующих в земной коре газов происходит преобразование солевого состава вод и минералогического состава пород.
7. Термодинамическая дифференциация тесно связана с кристаллохимической и газовой формами. Определяющими факторами являются тепловые — тепловая диффузия (вследствие разности температур), поведение атомов и молекул в разных энергетических (фазовых) системах. С термодинамической дифференциацией связано распределение химических элементов в атмосфере, гидросфере, в литосфере, дегазации мантии и др.
8. Изотопная дифференциация — главными факторами являются: изотопное фракционирование (физико-химическое, биологическое), радиоактивный распад и изотопные превращения, сопровождаемые образованием вторичных элементов и изотопов; хорошо изучен распад и образование многообразных продуктов семейств урана, тория и актиния. Так при распаде изотопов радиоактивных элементов накапливаются гелий-4, свинец-206, 207, 208, туллий-205. Под действием космических нейтронов происходит образование углерода-14, бора-11 и других изотопов. В осадочных минеральных образованиях известно изотопное фракционирование для кислорода, серы, углерода и др. Изотопы В, С, S, U, Th, Pb и другие элементы и их соотношения в породах и минералах в настоящее время помогают решать многие палеогеографические и палеогеохимические вопросы осадочного породо- и рудообразования.
9. Диагенетическая дифференциация отражает многообразные вторичные преобразования седиментационного вещества и новообразования. Она сопровождается процессами сорбции, метасоматического замещения одних ионов другими, изменением pH—Eh среды, образованием конкреций и псевдоморфоз, перераспределением химических элементов и др. Под влиянием диагенетической дифференциации происходит изменение состава пород и минералов. Видную роль в диагенетической дифференциации играют Fe, Mn, Cr, V, U, Cu, Pb, Zn, Mo, Co и др. С диагенетической формой дифференциации вещества связана весьма существенная минералого-геохимическая эволюция состава горных пород.
Необходимо и, вероятно, целесообразно различать три другие формы геохимической дифференциации вещества в осадочной оболочке, связанные с условиями развития земной коры: 1) зонально-климатическую, 2) ландшафтно-геохимическую (элементарные геохимические ландшафты) и 3) циклическую (тектоническую).
Нет необходимости в детальном обосновании названных форм осадочной дифференциации, поскольку они логически вытекают из материала, который изложен в начале этой главы. Следует лишь сказать, что разработка этих вопросов в указанных аспектах заслуживает большого внимания.
Очевидно, что мы далеко не исчерпали характеристику главных геохимических и других форм осадочной дифференциации, но сказанного достаточно для выдвижения затронутых вопросов на передовые позиции в их дальнейшей более глубокой разработке. Бесспорно, что теория осадочной дифференциации нуждается в глубокой разработке с учетом достижений современной геологии, геофизики и геохимии.
В заключение особо хотим отметить ведущую роль в геохимической осадочной дифференциации следующих физических, химических и биологических форм движения материи, связанных: 1) с атомами-элементами и их свойствами (элементарные частицы, изотопы, ионы, молекулы); 2) с образованием кристаллических минералов и горных пород литогенного типа (коллоиды, кристаллы, минералы, горные породы); 3) с развитием и деятельностью живых организмов (большое разнообразие продуктов биосинтеза).
Рудные месторождения представляют собой наиболее дифференцированные формы отложений отдельных элементов (или их групп) и минералов. Наибольшее количество минералов образуется в результате гипергенеза и седиментогенеза; за ними (по количеству видов) следуют минералы пневматолитово-гидротермальных условий и последнее место занимают минералы высокотемпературных геохимических систем, т. е. количество минералов уменьшается с повышением энергии образования соответствующих кристаллических решеток. При высоких температурах образуются природные соединения относительного простого состава, а при более низких — более сложные группы с низкими энергиями кристаллических решеток.
Около 50 элементов в минералах являются основными. Из них такие, как Si, входят в состав более 500 минералов; Al, Fe, Mn, Ca, Mg, Na, К, Cu, Pb и As — каждый установлен более чем в 100 минералах. Большинство редких и рассеянных элементов встречено в составе 10—15 минералов и меньше, чем в 10. Наиболее характерны параге-нетические взаимоотношения и изоморфизм между элементами: Be—Al—Mg; Fe—Mn—V; Na—Ca—K(Ba); Ag—Hg—Au; Fe—Ni—Co; Zn—Cu—Pb(U); Mo—Sn—W и др.
Дифференциация важнейших элементов в цикле выветривание — седиментогенез группируется в основном следующим образом: Si, Al, К, Mg — в глинистых минералах, Fe, Mn — в окислах, С, N, H — в органических образованиях, Fe, S — в сульфидах, Ca, Mg, С, Sr — в карбонатах, Р, Ca, Fe — в фосфатах.
Моделирование процессов осадочной дифференциации в лабораторных условиях наряду с полевыми наблюдениями и палеогеографическим анализом фактов и событий откроет новые возможности в изучении закономерностей осадочной дифференциации и поможет сформулировать их на более глубокой основе.

Читайте также: