Литология. Кн.1 - Фролов В.Т.
ISBN 5-211-02865-1
Скачать (прямая ссылка):
Окислительные условия в верхней зоне осадка (0-1 м и больше, в илах часто меньше 1 см) и восстановительные ниже, возникающие вследствие жизнедеятельности бактерий и разложения органического вещества (рис. 3.21). Еще ниже Eh может снова стать положительным (Стащук, 1968; Стащук и др., 1964; Тагееваидр., 1962; Шишкина, 1972).
Щелочная реакция иловых вод в верхней зоне (0,5-1 м и редко больше) , т.е. такая же, как и в наддонной воде, и нейтральная и слабокислая — вследствие генерации СОг, органических и других кислот (Бруевич, 1978; Гаррелс, 1962; Гаррелс, Крайст, 1968; Геохимия диагенеза 1980). Еще глубже часто снова повышается рН до 7-7,5 (см. рис. 3.21) — по мере связывания — нейтрализации СОг и других кислот и высвобождения щелочей и щелочных земель. Влияние условий рН и Eh можно показать на примере железных и марганцевых минералов (рис. 3.22).
Eh и рН меняются и на площади, зонально, от берега к центру моря или океана: от окислительных и кислых до восстановительных и щелочных, а в океане, в красных глинах — снова до окислительных условий (Кислотно-основные 1982). Эти параметры меняются и по типам осадков. Пески обычно менее восстановлены по своим иловым водам, чем глинистые и другие тонкие осадки, карбонатные имеют щелочную реакцию.
Движущими силами диагенеза, таким образом, являются количество и качество живых организмов и органического вещества — захороненной солнечной энергии, общая неравновесность вещества осадка и отчасти энергия химических реакций, вероятно, в основном экзотермических, и радиоактивный распад. Температура и давление (оно к тому же в
рн
Eh
см 7,2 7,6 -200 О +200 О П-CTT—
20
40
60
80
Eh +0,20 +0,16
+0,10
Рис. 3.21. Наиболее часто встречающееся распределение рН и Eh в осадках морей и океанов
Eh -0,10 -0,11
-0,20 -0,30
-очо
\
Гемаї
ut
P
Сидера
-0,08
-018
Щ
Пи
риг -0,25
¦0,20
-0.31
9 рН
Рис. 3.22. Поля устойчивости минералов железа в осадках в координатах рН и Eh (по В. Крумбейну и Р. Гар-релсу)
основном гидростатическое) низкие, поэтому играют еще малую роль. Начинает проявляться геологическое время, значительно более длительное, чем стадии переноса и отложения. Поэтому даже медленные изменения приводят к заметным результатам. С энергетической стороны диагенез — продолжение седиментогенеза, особенно это справедливо для первой его стадии, которая не должна включаться в диагенез (см. 3.2.1. и ниже).
Процессы диагенеза многочисленны, разнообразны и протекают часто одновременно, поэтому их рассмотрение в определенной линейной последовательности несколько условно.
1. Наиболее ранним можно считать все же растворение твердых фаз, т.е. по отношению к седиментации это регрессивный процесс. Растворение начинается сразу после осаждения частицы. Оно шло и в толще воды, но толщу воды частица проходила сравнительно быстро, а в осадке она соприкасается с агрессивной иловой водой десятки и сотни тысяч лет. Растворению способствуют другие диагенетические процессы: выделение бактериями и из органического вещества при его разложении СОг и других газов, растворяющихся в воде под большим давлением, восстановление соединений железа, марганца й других до низшей валентности, при которой они более растворимы, и т.д. Примеры растворения и восстановления:
1) СаСОз (раковинный и др.) + СОг + НгО ^Са(НСОз)г;
2) 2Fe203 '3H2O + С = 4FeO + CO2 + 3H2O; FeO + CO2 = FeCO3;
3) FeO + H2S = FeS + H2O или FeCO3 + H2S = FeS + H2CO3. Троилит обычно гидратирован, т.е. существует как гидротроилит
FeSfZtH2O. Позднее он превращается в бисульфид — пирит или марказит:
4) FeO -0H2S +?02 = FeS2 -^I2CO3.
Так же восстанавливаются окислы марганца, хрома, ванадия и др.
2. Таким образом, восстановление окисных и кислородсодержащих соединений начинается рано (реакция 2 и 3). Редукцию сульфатов под влиянием сульфатредуцирующих бактерий можно показать на примере сульфата кальция: 5) CaS04"2H2O(гипс) + 2С - CaS + 2CO2 + 2H2O. Сульфид Ca нестоек, он изменяется с образованием сероводорода и углекислого кальция: 6) CaS + H2O + CO2 = H2S + CaCO3. Так же восстанавливается сульфат Mg. Иловые воды получают карбонат магния, который с CaCO3 образует доломит, а если есть и FeCO3 — то и анкерит.
3. Минералообразование, как видим, идет почти сразу за растворением и восстановлением и сопровождает их и другие процессы. Эти три процесса (в действительности — три группы процессов) составляют сущность постседиментационного преобразования осадка, или диагенеза в широком смысле слова, что можно записать в виде схемы:
Первоначальные формы компонентов
Иловый раствор
Новые, аутигенные, диаге-нетические минералы
где-> растворение и восстановление, _„ осаждение из насыщенного или коллоидного раствора.
В результате этих процессов могут нацело исчезнуть одни формы минералов, например карбонаты (раковины и др.), опаловые скелетные остатки, а слабоизвестковые или слабокремневые осадки могут стать бескарбонатными или безопаловыми и появиться совсем новые минералы, которые не осаждались из воды, а образовались в постседиментационную стадию: карбонаты (в некарбонатных осадках), сульфаты, сульфиды, фосфориты, цеолиты, глинистые и другие минералы. Агрессивность диагенетической среды бывает настолько сильной, что растворяются даже массивные ростры белемнитов, как* это можно видеть, например, в верхнеюрских подмосковных фосфоритах. Помимо угольной агрессивной была и ортофосфорная кислота, и кальций пошел на построение апатитовой молекулы фосфоритов. А от ростров остаются только цилиндрические пустоты. Растворяются, хотя и медленнее, пироксены, слюды, амфиболы, вулканические стекла и другие силикаты.