Лекция 6. Литогенез и осадочные горные породы

Осадочные горные породы - это породы, сформировавшиеся на поверхности или в приповерхностной части Земной коры за счет осаждения продуктов экзогенных процессов. Сами экзогенные процессы по направленности и результатам можно условно разделить на 3 группы:

Разрушительные - промежуточные - созидательные

К первой группе относятся:

• гипергенез

• геологическая деятельность ветра, водных потоков, ледников, озер и болот, подземных вод, морей.

В результате этих процессов образуются:

• рыхлый обломочный материал,

• новые минералы и минерализованные растворы.

Вновь образованный рыхлый материал и минералы могут оставаться на месте своего формирования (кора выветривания) или перемещаться. При перемещении или транспортировке и происходят промежуточные процессы. В зависимости от расстояния, скорости перемещения, объема и размеров переносимого материала и ряда других факторов могут продолжаться дальнейшее разрушение и начаться частичная аккумуляция (или осаждение) переносимого материала.

Разрушение при транспортировке - это:

• превращение крупных обломков в мелкие,

• превращение угловатых обломков в окатанные,

• сортировка обломочного материала по размерам (вертикальная и латеральная).

Частичная аккумуляция происходит обычно при транспортировке материала на большие расстояния или при резкой смене условий транспортировки. Происходит разделение рыхлого материала. Одна его часть перемещается дальше, а другая оседает. При этом может происходить укрупнение размеров обломков. Так, при разрушении горных пород могут высвобождаться мелкие частицы самородного золота, платины и других элементов. При частичном осаждении за счет магкости и гибкости мелкие золотины слипаются и образуют комок золотин или самородок.

Созидательные процессы включают:

• осадконакопление или седиментогенез;

• преобразование рыхлых осадков в твердую горную породу - диагенез.

Основными факторами осадконакопления являются рельеф, геохимическая обстановка и среда (водная или воздушная). Отложение частиц может быть временным и постоянным.

Начнем рассмотрение со среды осадконакопления. Она может быть водной и воздушной.

Водная среда - озера, реки и главным образом моря. Здесь формируются осадки трех типов - обломочные, биогенные и хемогенные.

Воздушная среда - участки суши вне водной среды. Осадки здесь представлены обломочными и хемогенными типами.

Геохимическая обстановка определяет химическую осадочную дифференциацию вещества, которая по Л.В.Пустовалову - последовательное осаждение минеральных веществ в речных, морских и прибрежных водоемах вследствие различных химических процессов.

Основными причинами химической дифференциации являются:

• изменение pH в природных водах,

• различие в ЕН - т.е. окислительно-восстановительного потенциала в зоне осадкообразования.

Так установлено, что последовательность осаждения гидрооксидов металлов из природных вод происходит при изменении рН cреды:

гидрооксид рН

Fe(OH)₃ 2.0

Al(OH)₃ 4.0

Fe(OH)₂ 5.5

Mn(OH)₂ 8.5

Mg(OH)₂ ~ 10.0

Окислительно-восстановительный потенциал определяет форму минеральных соединений - окисную, силикатную или карбонатную. Эти переходы, т.е. дифференциация также имеет направленность:

 Суша — побережье — море

окислы — сульфаты и — карбонаты и галоиды силикаты Fe, Ca, Mg

Влияние рельефа на осадконакопление заключается:

1. В общем плане все пониженные участки рельефа являются потенциальными областями аккумуляции осадков.

2. Влияние рельефа на мощность осадков.

3. На зональное распределение обломочного материала. Рассмотрим это явление на примере рельефа ложа Мирового океана (плакат).

В нем выделяют несколько областей - прибрежная, мелководная, батиальная (глубоководная) и абиссальная. Поступающий с континента обломочный, рыхлый материал в условиях неровностей рельефа начинает разделяться по размеру и весу обломков. Легкие и мелкие обломки уносятся в более глубокие пониженные области, а крупные оседают в прибрежных, мелководных зонах. Таким образом происходит дифференциация по размерам обломков (или еще называют это сортировкой) т.е.:

крупные →средние→ мелкие (глинистые) →илы

Таким образом, на стадии седиментогенеза закладываются основные свойства осадков - это минеральный состав, размер и форма обломочных частиц и условия их залегания.

Свежесформированные осадки образуют рыхлые слои, обводненные и насыщенные химически активными соединениями. Для такого осадка характерно отсутствие физико-химического равновесия между твердыми, жидкими и газообразными компонентами. Начинается новая стадия, называемая диагенез, в которую рыхлые осадки под действием совокупности процессов переходят в твердую сцементированную осадочную породу. Рассмотрим основные из этих процессов, последовательность их проявления и результаты.

1. Изменяется состав воды в осадке и бассейне седиментации. Вода осадков обогащается углекислым газом, сероводородом, метаном, но теряет кислород и сульфаты. Изменяется ее рН. Это дает толчок новым процессам:

- начинается физико-химическое взаимодействие вод осадка и вод бассейна. Избыток газов поступает в воды бассейна, а из них в осадок поступают О₂ и ионы SO₄^-2 и Са⁺² и Mg⁺² .

- в осадке начинается образование новых минералов.

В ходе этих процессов в осадке происходит выравнивание геохимической обстановки. Одновременно происходит вытеснение воды из осадка и его уплотнение. Уплотнение происходит за счет давления новых порций осадков, а также за счет цементирующего действия новообразованных минералов. Осадок переходит в осадочную горную породу.

Таким образом, мы рассмотрели гипергенез, седиментогенез и диагенез, которые являются частью (или стадиями) единого процесса образования осадочной горной породы - литогенеза.

В разных климатических зонах литогенез протекает по-разному. Н.М.Страхов выделяет 3 типа литогенеза: ледовый (нивальный), гумидный и аридный. Кратко рассмотрим их.

1. Нивальный тип - преобладает физическое разрушение, образование крупнообломочных пород типа морен, отложений озер (при таянии льдов), а в морях образуются кремнистые илы за счет диатомовых водорослей.

2. Гумидный тип - разнообразие процессов при гипергенезе и диагенезе приводит к образованию разнообразных осадочных пород.

3. Аридный тип - преобладает температурное разрушение в воздушной среде и образование мелкообломочных пород типа песков и лессов. В мелководных озерах и мирских заливах при повышенной концентрации солей в воде образуются залежи солей, гипса и др. пород, которые объединяются общим названием эвапориты.

Особое положение занимает эффузивно-осадочный литогенез. Этот процесс развивается в областях вулканизма, когда твердые продукты извержения - от бомб до пепла оседают и накапливаются в водной или воздушной среде, смешиваясь при этом с нормально-осадочными продуктами.

В условиях, когда осадочные породы, продолжая находиться в верхних горизонтах земной коры, то в них протекает совокупность процессов с общим названием катагенез. Это процесс изменения осадочной породы, при котором сохраняется ее строение и минеральный состав. Процессы катагенеза протекают в условиях медленного и длительного опускания осадочных пород или их подъема. Масштаб изменения глубин незначительный ~3-7 км. Тем не менее, начинают изменяться температура, давление и воздействие подземных вод, которые являются основными факторами катагенеза. Происходит уплотнение и обезвоживание пород, растворение одних минералов и образование других, перекристаллизация минералов.

В процессе катагенеза могут образоваться скопления пирита, марказита, халцедона и других минералов. В случаях, когда осадочные породы содержат органические соединения - в зоне катагенеза происходит их преобразование. При температуре = 60-150^оС и до глубины 5км образуются жидкие и газообразные углеводороды. Глубже 5 км и >150^о происходит разложение нефти и образование газа метана.

При переходе пород из зоны катагенеза на глубины > 5км и температуры >150-300^о процессы преобразования могут изменить структуру и минеральный состав пород. В этом случае говорят о метагенезе или начальной стадии метаморфизма.

В результате всех этих процессов образуются осадочные горные породы. Уже по продуктам, образующимся на разных стадиях литогенеза можно представить себе вещественный состав осадочных пород. Среди главных породообразующих компонентов выделим:

1-реликтовые минералы и обломки пород - терригенный материал;

2-минералы осадочного генезиса (опал, оксиды и гидрооксиды железа, сульфаты фосфаты галоиды и т.д.)

3-органические остатки,

4-вулканический материал.

Строение осадочных пород характеризуют структура и текстура.

Структура- определяется размером и формой обломков и минералов, Текстура - их взаимным расположением и ориентировкой в пространстве.