Пористость карбонатных пород

Пористость большинства осадочных карбонатных пород невелика, однако пористые разности имеют большое промышленное значение. Около половины выявленных мировых запасов нефти и газа содержится в пористых известняках и доломитах. При отложении карбонатный осадок может иметь большую пористость, но в дальнейшем в результате постседиментационных процессов она сокращается или исчезает совсем. Пористость, однако, может образоваться в результате действия других постседиментационных процессов. Наша задача рассмотреть природу пористости карбонатных пород. Процессы, при которых происходит уменьшение пор или, наоборот, возникновение их в результате диагенетических преобразований, рассмотрены нами в разделе, посвященном диагенезу карбонатных пород.

Наиболее обширные сведения о пористости карбонатных пород изложены в работах Шокетта и Прея, а также Боселлини. Основные типы пористости делятся на два класса: пористость, связанная со структурой и текстурой породы (I), и независимая (II) от нее (рис. 10-14). Поры, относящиеся к первой группе, образуются во время накопления осадка или позже и контролируются структурой породы. Первичная пористость бывает нескольких типов. Карбонатные пески, подобно другим пескам с зернистым каркасом, имеют большую (от 30 до 40%) первичную пористость. Пористость ракушняков, имеющих структуру «картофельных очистков», может достигать 80%, это пористость между частицами горной породы. Часть известняков имеет другую первичную пористость, образовавшуюся во время накопления осадков. Например, относительно большие пустоты имеются в рифах. При такой каркасной пористости пустоты сначала обычно частично заполняются рифовым детритом, а затем инкрустациями кристаллического карбоната. Скелетные пустоты, как, например, внутри криноид, кораллов, мшанок или иных неповрежденных скелетных структур относятся к порам внутри частиц породы (intraparticle pores), которые также местами могут быть заполнены осадками или выполнены кристаллами. Даже в единичных створках моллюсков или брахиопод когда они обращены выпуклостью вверх, образуются пустоты, названные Шокеттом и Преем прикрытыми (shelter) порами. Другие пустоты образуются при растворении раковин, при разрушении других первичных компонентов породы, создавая пористость удаления (inoldic) или, в других случаях, пористость усыхания (фенестральную). Крупнозернистые доломиты могут обладать межкристаллической пористостью, возникающей в основном при растворении незамещенного кальцита.

Ко второму обширному классу пористости относятся поры, не связанные первичной структурой породы. Это трещинная пористость, пористость неправильных каналов, пустотная и пещерная пористость. Последние три вида пористости образуются при растворении и отличаются друг от друга только масштабом.

Некоторые виды пористости, вызванные, например, брекчированием, деятельностью сверлящих и роющих организмов, усыханием, могут быть как связаны, так и не связаны со структурой породы.

У реальных пор может быть сложная история (рис. 10-15). Например, скелетный элемент может быть удален при растворении, при этом остается отпечаток, увеличение объема которого при дальнейшем растворении может привести к возникновению неправильных пустот. В дальнейшем отпечаток или разросшие за счет него пустоты могут быть частично или полностью заполнены. История заполнения пор, так же, как и их происхождение, сложна и является предметом рассмотрения в разделе, посвященном диагенезу известняков.

Термин фенестральный был применен к карбонатным породам, имеющим первичные или чуть более поздние пустоты, большие по размерам, чем межзерновые поры. Они могут быть открыты, частично или полностью заполнены вторично внедренным осадком или крупнокристаллическим кальцитовым цементом или тем и другим вместе. Отличительной чертой фенестр является то, что пустоты не имеют видимой связи с каркасом породы, образованным первичными зернами. Характерные черты этих известняков определяются также наличием кальцитовых крапинок («пятнистый» известняк) и строматактисом некоторых рифовых ядер.

«Пятнистый» известняк характеризуется наличием неправильных пятен и масс «шпатового» кальцита, который, по мнению Хэма, заполнял неправильные пустоты, оставшиеся при разложении гелеобразного водорослевого материала, в частности, синезеленых водорослей семейства Spongiostroma. Шинн, однако, полагал, что большинство пустот, имеющих почти сферическую форму, образовалось в результате захвата пузырьков газа, а менее правильные плоскостные пустоты возникли в результате усыхания. По его мнению, образование их проходило в приливно-отливной зоне.

Другой текстурой, происхождение которой остается неясным, но связывается с водорослями, является строматактис, наблюдаемый в автохтонных известняках и названный так американскими и бельгийскими авторами, или получивший название «туф», «волокнистый кальцит» в английской литературе. Эта текстура является субгоризонтальным элементом, характерным для некоторых рифовых построек. Она состоит из слоев или неправильных масс крупнокристаллического кальцита, либо из тонкозернистых известняков (рис. 10-16). Слои имеют толщину от 1 до 5 мм, длину до 10 см и более и ориентированы более или менее параллельно напластованию известняков. Они имеют ровное нижнее основание и очень неправильную верхнюю поверхность. Нижняя часть состоит из тонкозернистого карбонатного осадка; верхняя — представлена друзовым и крупнокристаллическим кальцитом. Образование строматактиса объясняют процессом субаэрального испарения («туф») или диагенетической перекристаллизацией тонкозернистого карбоната. Никакая другая концепция не объясняет возникновение этой структуры. Батхёрст считал, что эта структура является результатом химического осаждения из раствора на стенках постседиментационной полости в первичном рифовом осадке. Сначала формируется полость, вероятно, в результате распада органической ткани, затем внутри ее отлагается механический осадок. После этого в верхней части полости происходило химическое осаждение друзовидного или волокнистого кальцита. Лиис, в частности, считал, что первичные пустоты не что иное как пустоты обрушения, возникшие при распаде органического материала в первичном иле. Хеккель, однако, полагал, что эти пустоты возникают в результате неоднородной тиксотропии тонкого карбонатного ила. В любом случае высвободившийся ил оседает на дно полости и формирует уровень дна. Считают, что текстуры, наблюдавшиеся Лоуэнстемом, имеют «органическое происхождение» и являются «каркасообразующими». До 80% площади ядер некоторых Ниагарских (силурийских) рифов в районе Великих Озер имеют подобную текстуру. В последнее время образование таких текстур приписывается растворению фистул мшанок.