Диагенез глинистых сланцев » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Диагенез глинистых сланцев

31.07.2021

Глины подвержены разнообразным постседиментационным изменениям; одни из них имеют физический характер, а другие химический. Физические изменения включают уплотнение, сопровождающееся уменьшением порового пространства и улучшением ориентировки глинистых минералов; химические изменения включают превращение минералов на раннем этапе за счет реакции с окружающей средой и внутренние преобразования и перекристаллизацию на более позднем этапе

Уплотнение


Как уже отмечалось выше, пористость свежеотложенных илов очень высока. Она может составлять 50% или более. Пористость глинистых сланцев заметно меньше. Хотя глина в среднем имеет пористость 30—35%, пористость глинистого сланца на глубине 1800 м составляет только 9—10%. Уменьшение пористости, сопровождаемое преобразованием ила в глинистый сланец, в значительной степени является результатом уплотнения, которое происходит в результате давления вышележащих слоев. Уменьшение пористости связано скорее со сжатием, чем с заполнением пор, что подтверждается находками раздробленных скелетов рыб, раковин и других органических остатков, а также смятием песчаных даек и заполнением трещин высыхания. Коэффициент сжатия — отношение первоначальной мощности к мощности, фиксируемой в настоящее время — колеблется от 2,6 для песчаного выполнения трещин до 6,0 для деформированных раковин. Подобное уменьшение мощности может привести к образованию наклонов уплотнения, когда сланцы перекрывают неуплотняемые «поднятия», такие как рифы.
Диагенез глинистых сланцев

Ати и другие считали, что пористость является функцией мощности перекрывающих пластов (рис. 8-10). Руби попытался алгебраически выразить зависимость между пористостью и глубиной:

где P — пористость; В — мощность пород, подвергшихся эрозии; С — константа; D — глубина от поверхности. Зависимость пористости от глубины усложняется двумя другими факторами: структурой и деформациями. В целом тонкозернистые породы способны подвергаться уплотнению больше, чем крупнозернистые породы, поэтому при прочих равных условиях на данной глубине изменения пористости у них более значительны. При деформации, как показал Руби, происходит уменьшение пористости, что может быть выражено следующей зависимостью:

где Pu — пористость горизонтально залегающих пород; d — современный угол падения; Pp — современная величина пористости. Уплотнение начинается с момента отложения и продолжается в течение длительного периода времени. Как показало изучение карбонатных конкреций, в сланцах уплотнение происходит в течение роста конкреций и сопровождается постепенным улучшением ориентировки глинистых пластинок.

Диагенез


Химические и минералогические изменения начинаются почти сразу после отложения ила. Другие изменения происходят в процессе старения осадка, а третьи начинаются, когда давление и температура становятся достаточно высокими для того, чтобы вызвать более радикальную перекристаллизацию. Относительная роль этих изменений и степень их проявления (в особенности тех, которые предположительно относятся к раннему этапу) являются предметом многочисленных дискуссий и до конца не определены. Одни ученые предполагают, что глинистые минералы, образовавшиеся в зоне выветривания и вынесенные потоками, претерпевают изменения, как только они попадают в морскую среду. Другие ученые идут в своих предположениях дальше и делают вывод о том, что равновесная ассоциация устанавливается в свежеотложенном осадке. Грим полагал, что каолинитовые глины, попав в морскую среду, преобразуются в иллиты и хлориты, а монтмориллониты превращаются в хлориты. Таким образом, глинистые минералы чувствительны к обстановке осадконакопления и могут использоваться для установления характера древних, ныне исчезнувших обстановок. Эта точка зрения вызывала резкие возражения. Исследования глинистых минералов в многочисленных океанических осадках показывают, что в потоках, стекающих с прилегающих массивов суши, содержатся те же глинистые минералы, что и в прилегающих океанических отложениях. Глинистые минералы могут встречаться в любой обстановке осадконакопления. Изучение древних глинистых сланцев еще более убедительно в этом отношении. Фактически все основные глинистые минералы встречаются в любом сланце. Минералогия глин, по-видимому, не коррелируется с пресноводными, солоноватоводными или морскими фациями молассовой формации. Подобным образом наборы глинистых минералов в сланцах в морских и неморских частях одной циклотемы в значительной степени аналогичны. Некоторые исследователи глинистых сланцев отрицают связь глинистых минералов с окружающей обстановкой и объясняют различия в составе глинистых сланцев за счет изменений характера источника сноса в период осадконакопления. Другими словами, глинистые минералы считаются инертными и ведут себя так же, как и любые другие обломочные минералы. Исключением, вероятно, является глауконит — продукт морского диагенеза. Единственным же изменением, признаваемым сторонниками этой точки зрения, является вторичное поглощение катионов (катионообмен) в морской среде, которое, однако, не изменяет основную структуру решетки глинистых минералов.

Примеры вариаций в составе глинистых минералов в тех или иных отложениях, древних или современных, помимо превращения одного минерала в другой, можно объяснить другими процессами. При изучении меловых и третичных отложений бассейна верховья Миссисипи, Прайор и Гласс отмечали, что каолин доминировал в отложениях аллювиального происхождения, а монтмориллонит во внешних неритовых фациях. Они исключали диагенез как объяснение такого явления и относили различия осадков за счет различий в размере зерен нескольких видов глинистых минералов, дифференциальной флокуляции или к различиям в размере агрегатов двух видов минералов. Практически к таким же заключениям в своих исследованиях осадков залива Париа пришли Ван-Андел и Постма.

Хорошо известно, что ассоциация глинистых минералов в осадке может изменяться при его погружении на глубину. С увеличением глубины монтмориллонит и каолинит исчезают, и их место занимают иллит и хлорит. Последовательность изменений с глубиной (и связанное с этим увеличение давления и температуры) подробно изучалась на образцах глинистых сланцев, собранных из глубоких скважин. Другие изменения относятся к старению осадка. Например, древнепалеозойские глинистые сланцы главным образом иллитовые; мезозозойские и более молодые сланцы чаще монтмориллонитовые. В древних отложениях сравнительно меньше каолинита, чем в более молодых. Эти различия частично можно отнести к отличным от современных атмосферным и биосферным условиям, существовавшим в древности.

С увеличением температуры и давления в сланцах проявляются прогрессивные минералогические изменения, которые можно рассматривать как метаморфические. В целом преобразования касаются минерального состава, а валовой химический состав существенно не изменяется; исключение составляет потеря воды и двуокиси углерода. Поэтому изменения главным образом носят изохимический характер. Существует тенденция к частичному восстановлению железа в процессе метаморфизма. Сравните, например, средний состав палеозойских глинистых сланцев с аспидными сланцами.

Некоторые глинистые минералы могут выветриваться. Например, при определенных климатических условиях возможно выщелачивание калия из иллита. Каолин может преобразовываться в боксит. Эти изменения тем не менее обратимы и в соответствующей обстановке деградированный иллит может присоединять калий, даже боксит может преобразовываться в каолинит.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: