Карбонатные породы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Седиментогенез

2. Диагенетические и эпигенетические изменения карбонатных осадков - пород

3. Уплотнение и цементация

4. Перекристаллизация

5. Выщелачивание

6. Сульфатизация

1. Седиментогенез

Карбонатными породами, как известно, нередко сложены значительные по мощности толщи. Принято считать, что исходным материалом для образования карбонатных пород служили растворенные в водах соли кальция и магния. При избыточном количестве последних в водной среде они начинают выделяться в осадок чисто химическим путем, либо при поглощении из водной среды живыми организмами эти соли попадают в осадок в виде карбонатных скелетных остатков.

Несомненным является наличие в этих породах трех генетических карбонатных составляющих: 1) биогенного, точнее органогенного, карбоната, преимущественно СаСО3, в виде скелетных остатков различных организмов и водорослей; 2) хемогенного карбоната, осажденного непосредственно из водных растворов, и 3) обломочного карбоната, представленного различными по размерам (и форме) обломками карбонатных пород (или уплотненных карбонатных осадков). Количественные содержания этих карбонатных составляющих в породах (осадках) могут варьировать в очень широких пределах.

Соответственно процессы карбонатообразования могут быть органогенными, хемогенными и чисто механическими.

Главными факторами физико-химических (и гидродинамических) условий, контролирующими осаждение карбонатов, являются:

1) состав вод седиментационного бассейна - общая их минерализация и солевой состав, поскольку растворимость карбонатов в разных растворах солей ( соответственно в водах различных водоемов ) будет различной;

2) газовый фактор - практически количество растворенной в водах свободной углекислоты (СО2), поскольку повышение или снижение его сдвигает карбонатное равновесие в ту или иную сторону, в частности, для СаСО3: СаСО3 + Н2О + СО2 Са(НСО3)2;

3) температура и давление, изменение которых вызывает изменение содержания в водах свободной СО2. Повышение температуры ( снижение давления ) способствуют удалению СО2 из водной среды и, следовательно, выделению карбонатов в осадок. Наоборот, при понижении температуры вод (повышении давления) растворимость СО2 в них возрастает, соответственно повышается растворимость СаСО3, что препятствует его осаждению;

4) щелочной резерв (рН) водной среды - для возможностей осадки карбонатов она должна быть щелочной, со значениями рН > 8, при этом не только в поверхностных, но и в придонных слоях бассейна, так как иначе отложения карбонатов вновь будут переходить из осадка в раствор;

5) гидродинамических режим водных бассейнов, который создается различными движениями вод - волновыми, течениями ( со всегда присущей им турбулентностью ) и в подчиненной степени приливно - отливными движениями и конвекционными потоками. Все эти перемещения, перемешивая водные массы, меняют физико-химические условия в различных участках седиментационного бассейна. Кроме того, они вызывают горизонтальные переносы осевшего на дно карбонатного материала, пока он еще не зафиксирован в осадок.

2. Диагенетические и эпигенетические изменения карбонатных осадков - пород

Диагенетические изменения карбонатных осадков, так же как дальнейшие эпигенетические преобразования уже литифицированных карбонатных пород, во многом предопределяются условиями образования осад-ков - их вещественным составом и структурными особенностями.

В соответствии с представлениями Н. М. Страхова диагенезом мы будем называть все процессы, происходящие в осадке сразу же после его образования (седиментации) до момента полной его литификации и превращения в породу.

Различают стадии раннего и позднего диагенеза, хотя строгого критерия этого разграничения не существует. В раннем диагенезисе осадок представляет собой высокопористую, сильно обводненную, резко неуравновешенную, неустойчивую многокомпонентную физико-химическую систему легкоподвижных и реакционноспособных веществ.

На стадии позднего диагенеза процессы изменения осадков значительно замедляются и в конце ее осадок достигает состояния внутренне уравновешенной системы, т. е. превращается в породу. Дальнейшие изменения возникшей породы относятся уже к стадии эпигенеза. Можно различать эпигенез "прогрессивный" и "регрессивный ". Для первого Н. Б. Вассоевич в 1957 г. предложил название " катагенез ", получивший широкое распространение. В катагенезе преобразования пород происходят при постепенном погружении их на большие глубины. В условиях заметного возрастания температуры и давления породы, почти не меняя минеральный состав, испытывают значительное региональное уплотнение. Следствием его является перекристаллизация карбонатного материала (укрупнение зерен) с возможным образованием сложных, зубчатых контактов зерен. Имеющиеся в карбонатных породах поры, а также трещины при наличии в разрезах глинистых пород могут заполняться водами, при региональном уплотнении отжимаемыми из глин в больших количествах. Возможно " катагенетическое проникновение " в карбонатные породы вод и другого происхождения, в том числе эндогенного. Процессы, которые могут происходить в карбонатных осадках в диагенезе и в карбонатных породах в эпигенезе, весьма сходны. К ним относятся уплотнение, цементация, доломитизация, перекристаллизация, сульфатизация, выщелачивание и др.

3. Уплотнение и цементация

Общеизвестно, что уплотнение осадков в диагенезе связано с отжиманием из них захороненных вод, которое происходит в основном под влиянием все возрастающей нагрузки перекрывающих отложений. Естественно, уплотнение осадков приводит к уменьшению их влажности, возрастанию их плотности и, главное, к сокращению их пористости. Для осадков в целом характерны значения плотностей менее 2 г/см3 и пористости более 30 %. Значения соответственно равные 2 - 2,2 г/см3 и не менее 30 %, отвечают уже состоянию породы, а не осадка. Сведения о характере уплотнения карбонатных илов в диагенезе ограниченны и неоднозначны. В большинстве случаев оно признается значительным, и, главное, происходящим очень быстро. При этом считается, что основное уплотнение карбонатных илов происходит в их самых верхних слоях мощностью до 0,5-0,6 м. У. Современные карбонатные осадки Флоридского залива наиболее значительно уплотнятся, судя по уменьшению их влажности, в верхнем (15 - 30 см) слое.

Некоторые исследователи ставят карбонатные породы по способности к диагенетическому уплотнению на второе место после глин или рядом с ними. Значительным уплотнением и быстрой литификацией объясняется основная потеря карбонатными осадками первоначальной высокой пористости. В современных карбонатных осадках она составляет в среднем 60 - 70 %, что резко контрастирует с пористостью древних карбонатных пород, которая обычно имеет значения около 2 - 3 % и менее, а в карбонатных пластах - коллекторах, содержащих залежи нефти и газа, в среднем 8 - 10 % и менее.

Однако существуют мнения о том, что в потере первоначальной пористости карбонатных осадков решающую роль играло не уплотнение, а " цементация ", т. е. процессы минерального карбонатообразования . При этом отмечается, что потеря пористости карбонатными осадками, в частности писчими мелами, является прямой функцией глубины их погружения (исключая случаи возникновения в пластах АВПД, внедрения нефти или проявлений тектонических напряжений) . Таким образом, фактически и здесь на лицо влияние на карбонатный осадок все возрастающей с глубиной нагрузки (давления), т. е. уплотнения.

Таким образом, в разных типах карбонатных пород уплотнение будет проявляться по - разному, соответственно по - разному отражаясь в изменении (снижении) первоначально высокой пористости осадков. Наиболее резко сказывается уплотнение на пелитоморфных карбонатных илах, значительно меньше - на карбонатных осадках, состоящих в основном ( 40 - 50 % и более ) из форменных карбонатных образований; слабо подвергаются уплотнению карбонатные " осадки " - продукты различных прижизненных органогенных построек.

4. Перекристаллизация

карбонатный хемогенный перекристаллизация

Перекристаллизация - процесс роста кристаллических зерен, т. е. увеличение их размеров, которое согласно общепринятым определениям происходит без изменения их минерального состава. Однако в последние годы к перекристаллизации относят также и укрупнение зерен, происходящее при переходе неустойчивых метастабильных модификаций СаСО3 ( арагонита и высокомагнезиального кальцита) или СаСО3* MgCO3 (кальциевого доломита, или протодоломита) в устойчивые низкомагнезиальный кальцит и доломит.

В диагенезе перекристаллизация происходит за счет частичного растворения и переотложения растворенного карбоната в осадке иловыми водами. В эпигенезе она обусловлена в большей степени растворяющим влиянием давления (при катагенезе) либо воздействием циркулирующих в породе вадозных вод (при регрессивном эпигенезе). Общим правилом растворения является лучшая растворимость более мелких зерен, за счет которой и растут зерна, относительно более крупные.

Результатом диагенетической перекристаллизации служит частичное или полное преобразование пелитоморфной (коллоидной, тонкозернистой) карбонатной массы в мелкозернистую. Условно размер возникающих зерен ограничивается пределом 0,05 мм. Как правило, диагенетическая, особенно раннедиагенетическая, перекристаллизация, происходящая в заметно обводненном осадке, носит более или менее равномерный характер.

Оценки роли перекристаллизации в изменении пористости пород противоречивы. В большинстве случаев перекристаллизация снижает пористость, но иногда приводит к ее возрастанию.

Очевидно, влияние перекристаллизация на пористость в общем случае может выражаться по - разному:

1) пористость не будет меняться, если происходящее при перекристаллизации частичное растворение и переотложение карбонатных веществ будет сбалансированным;

2) пористость может ухудшаться при возникновении компактного сложения карбонатной массы, что довольно распространено при процессах диагенетической перекристаллизации;

3) пористость может возрастать в тех случаях, когда растворение карбонатного материала преобладает над переотложение, т. е. растворенный карбонат частично удаляется из породы ( случаи, более типичные для эпигенетической перекристаллизации ).

5. Выщелачивание

Выщелачивание - это процессы растворения веществ, сопровождаемые выносом растворенных компонентов. В породах она находит отражение в образовании различных по форме и размерам пустот выщелачивания. Выщелачиванию могут подвергаться как карбонатные осадки (диагенетические ), так и карбонатные породы эпигенетическое ).

Диагенетическое выщелачивание карбонатных осадков в целом является довольно ограниченным. Условия их заметной обводненности, малой подвижности иловых вод и замедленности диффузионных перемещений веществ создают обстановку для преобладания в осадках процессов растворения, сопровождаемого местным, локальным переотложением растворенных компонентов.

Эпигенетическое выщелачивание в противоположность диагенетическому может приводить к весьма существенным изменениям пористости карбонатных пород и практически оказывает весьма сильное влияние на формирование их коллекторских свойств. Эпигенетическое выщелачивание обусловлено циркуляцией по карбонатным породам относительно быстро движущихся, агрессивных по отношению к ним вод, будь то воды ювенильные или наиболее распространенные вадозные. Естественно, что циркуляция последних возможна лишь при нахождении карбонатной породы в поверхностной или приповерхностной зоне, независимо от того, оказались ли породы здесь уже пройдя стадии. катагенеза, либо сразу же после катагенеза. По - разному будут реагировать на воздействие вод форменные образования различной степени плотности и т. п. Наконец, селективное растворение карбонатных пород, будет зависеть от характера (состава) циркулирующих вод и его изменений.

Результатом эпигенетического выщелачивания является возникновение пустот самых различных размеров: от мелких пор (до 1 мм) и каверен (более 1 мм) до крупных карстовых полостей, измеряемых метрами.

6. Сульфатизация

Сульфаты (гипс, ангидрит) часто ассоциируются с карбонатными породами, в которых они могут быть генетически как первичными, так и вторичными.

Первичные седиментационно-диагенетические сульфаты (ангидрит) наблюдаются в доломитах эвапоритовых толщ, в разрезе которых наряду с солями образуют отдельные, иногда мощные пласты. В самих доломитах седиментационно - диагенетические выделения ангидрита наблюдаются в виде рассеянных мелких зерен и их агрегатных скоплений, образующих различные по размерам линзы, линзовидные пропластки и прослои.

Вторичные, позднедиагенетические и особенно эпигенетические, выделения сульфатов (ангидрита и гипса) возможны в любых карбонатных породах, в самых различных типах доломитов и известняков. Обычно эти сульфаты ясно- и крупнозернистые. Их выделение происходит из подземных вод, циркулирующих по карбонатным породам. Сульфаты (особенно гипс) прорастают в карбонатную массу, развиваются в межзерновых и межформенных порах, выполняют различные пустоты выщелачивания и открытые микротрещины. Во всех случаях сульфатная минерализация приводит к запечатыванию пустот и, таким образом, снижает пористость карбонатной породы.

Размещено на Allbest.ru