Диагенез в осадках различных климатических зон

Диагенез — совокупность процессов преобразования рыхлых осадков в осадочные горные породы. Происходит в верхних слоях земной коры и заключается в перекристаллизации осадков, образовании минералов, конкреций, гидратации или дегидратации (обезвоживании), цементации осадков и тому подобном. При диагенезе терригенных, существенно глинистых морских осадков гумидно й зон ы ранние этапы характеризуются щелочными и окислительными условиями среды (в толще осадка 10—15 и до 40 см). Осаждаются железо-марганцевые конкреции, глауконит, фосфаты и цеолиты. По мере погружения осадка и перекрывания его новыми порциями условия резко изменяются: поглощение кислорода организмами вызывает восстановление гидроокислов железа и марганца, а также сульфатов. Среда в осадке из окислительной становится восстановительной, Eh понижается, а рН, после некоторого понижения вначале, снова повышается. Находящиеся в осадке карбонаты, фосфаты, кремнезем и другие постепенно растворяются. Разложение органического вещества поставляет углекислоту, сероводород, аммиак, метан и другие газы, растет восстановленность среды. В результате изменяется состав иловых вод и между наддонной водой и иловым раствором устанавливаются медленные диффузные токи. Ряд веществ в иловом растворе достигает стадии насыщения и выпадает в осадок (сульфиды железа, карбонаты железа и др.). Таким путем возникают аутигенные минералы стадии диагенеза на ее раннем этапе; распределены они по осадку более или менее равномерно. В водоемах гумидной зоны с аномальным газовым режимом— сероводородным заражением придонных вод и с разделом между восстановительной и окислительной средами значительно выше поверхности осадка—-первый этап окислительного минералообразования, видимо, отсутствует. В песчаных, песчано-алевритовых, песчано-гравийных осадках благодаря хорошей аэрации и окислению органического вещества или его изначальному отсутствию при седиментогенезе и раннем диагенезе восстановительная обстановка не возникает и могут сохраняться окисные минералы.На позднем этапе диагенеза в терригенных, существенно глинистых осадках водоемов гумидной зоны, вследствие изменения Eh и рН и неравномерной концентрации иловых растворов в разных частях осадка, происходит перераспределение диагенетических минералов — растворение их в одних местах и отложение в других; образуются сгущения диагенетических минералов — конкреции (и конкреционные прослои) и зацементированные участки осадка. Конкреции обычно приурочены к границе между осадками разного состава (песчаными и глинистыми) и к плоскостям напластования, т. е. к путям дегазации. Материал конкреций во многих случаях первоначально представлял коллоидное вещество. На позднем этапе диагенеза одновременно с процессами уплотнения осадка и отжима поровых вод, уменьшения влажности осадка и его коллоидов, конкреции уменьшаются в объеме и растрескиваются, а трещины заполняются различными минералами: халцедоном, кварцем, каолинитом, баритом и др. Таким путем образуются конкреции септарии. В состав конкреций входит большинство минералов, образующихся при диагенезе. Широким распространением пользуются железо-марганцевые конкреции, сульфидные (пиритовые и марказитовые), карбонатные (кальцитовые, доломитовые, анкеритовые, брейнеритовые, сидероплезитовые, сидеритовые), сульфатные, фосфатные конкреции, состоящие из окислов кремния и др. Конкреции из сульфидов железа и сидерита образуются в условиях нейтральной (сидерит) и восстановительной обстановок при кислой, нейтральной и слабощелочной реакции среды. Чаще всего они возникают в глинистых осадках на небольшой глубине от поверхности, реже у самой поверхности (в условиях сероводородного заражения придонных вод). Иногда пиритовые и сидеритовые конкреции образуются в зернистых осадках на большой глубине от их поверхности или там, где имеется скопление органического вещества (конкреции по раковинам моллюсков, фораминиферам, растительным остаткам).Условия образования пиритовых и сидеритовых конкреций сходны, но не тождестзенны. Для образования пирита необходим сероводород и восстановительная обстановка, для образования сидерита сероводород не нужен и среда может быть слабовосстановительной до нейтральной и слабоокислительной (рН<7).

При наличии в растворе закисного железа образование пирита и сидерита регулируется концентрацией сероводорода и углекислоты. Возникающие в осадке сероводород и углекислота могут пространственно разделяться из-за различия их свойств. Конкреции других карбонатов — кальцита, доломита — образуются при различных значениях Eh, но всегда при щелочной реакции раствора (рН>7,5), поэтому они встречаются как в глинистых, так и в зернистых породах. Кремневые конкреции, наоборот, возникают в кислых и нейтральных условиях среды (рН<7 ) независимо от величины окислительно-восстановительного потенциала. То же самое можно сказать о конкрециях барита, целестина и других сульфатов.Фосфатные конкреции образуются в щелочных окислительных условиях среды, железо-марганцевые — в окислительных щелочных условиях морских бассейнов и кислой среде коры выветривания тропических влажных стран.

О диагенетическом происхождении конкреций свидетельствуют многие факты.

1. Расположение конкреций согласно с напластованием породи приуроченность их к границе раздела осадков различного состава.

2. Соотношение конкреций со слоистостью — слои обтекают конкреции.

3. Наличие в конкрециях органических остатков — раковин,не подвергшихся деформации, в то время как в самой породе органические остатки уплощены, раздавлены, т. е. деформированы во время уплотнения осадка и перехода его в породу.

4. Наличие в конкрециях хорошо сохранившихся ходов илоедов.

5. Большинство минералов конкреций присутствуют в современных осадках.

Все эти факты свидетельствуют о том, что конкреции образовались в еще незатвердевшем осадке. Большинство конкреций имеет тонкую пелитоморфную структуру основной массы, многие из них имеют трещины сокращения, заполненные вторичными минералами. О диагенезе в континентальных отложениях гумидной зоны можно судить по современным отложениям болот и торфяников,богатых органическим веществом, находящимся на разных стадиях разложения. Диагенез протекает здесь в кислых и нейтральных условиях в присутствии кислорода (при осушении) или при затрудненном его доступе (при затоплении). Осаждаются карбонаты железа, вивианит и некоторые другие закисные минералы, образуются каолинит и галлуазит. В болотах, связанных с морем, в значительных количествах осаждаются сульфиды железа. Диагене з в осадка х аридных и нивальных областей изучен слабо. В соляных озерах и лагунах он осуществляется в щелочных и резко щелочных окислительных, нейтральных и слабовосстановительных условиях среды. Одним из важных факторов диагенеза является взаимодействие минералов осадка с иловыми растворами (рапой) и преобразование неустойчивых соляных минералов в устойчивые. Так, например,выделившиеся в стадию седиментогенеза мирабилит и эпсомит в процессе диагенеза дают астраханит (устойчивая фаза). В результате в осадках соляных озер и лагун образуют я устойчивые соляные минералы, растворяются неустойчивые, происходит перекристаллизация соляных минералов, глинистое вещество, взаимодействуя с рапой, преобразуется в гидрослюды. Нередко возникают также магнезиальные водные силикаты. Изучение процессов диагенеза имеет огромное значение для фациального анализа. Минералы диагенеза наряду с текстурноструктурными особенностями осадков и органическими остатками являются документами, на основании которых можно судить об условиях образования осадков, осадочных пород и полезных ископаемых осадочного происхождения. В настоящее время достигнуты заметные успехи в изучении диагенеза современных морских осадков, некоторые шаги сделаны в области изучения диагенеза осадочных пород.