НЕКОТОРЫЕ ПОСТСЕДИМЕНТАЦИОННЫЕ

ИЗМЕНЕНИЯ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД

 

Основные породообразующие минералы карбонатных пород — кальцит и доломит — достаточно легко растворяются и вновь кристаллизуются в условиях, существующих на поверхности Земли и в стратисфере, где присутствуют вода, углекислый газ и некоторые другие агрессивные по отношению к ним компоненты и соединения. Это обусловливает частое и интенсивное проявление вторичных процессов и, соответственно, изменений первичного состава, и особенно структуры карбонатных пород.

Среди основных процессов, которые могут быть установлены при изучении шлифов и которые влияют на коллекторские свойства пород и тем самым особенно интересны геологам-нефтяникам, можно назвать кальцитизацию, перекристаллизацию, выщелачивание, доломитизацию и реже проявляющиеся сульфатизацию и окремнение.

Эти изменения частично проявляются уже в диагенезе. Прежде всего неустойчивые модификации — арагонит, высокомагнезиальный кальцит — перекристаллизуются в устойчивый — кальцит (процесс инверсии). При этом иногда образуются и, главное, сохраняются псевдоморфозы кальцита по арагониту, что позволяет при изучении шлифов установить первичный арагонитовый состав отложений. Более достоверно устанавливаются другие диагенетические преобразования.

Дело в том, что для многих карбонатных осадков, особенно биоморфных и граноморфных, состоящих из зернистого материала — оолитов, сгустков, обломков раковин и т.д., литификация, окаменение происходит не столько за счет механического уплотнения, сколько за счет цементации. Иловые воды карбонатных осадков практически всегда пересыщены карбонатами (в том числе за счет частичного растворения карбонатных фрагментов осадка), последние выпадают в твердую фазу, кристаллизуются, выполняя интерстиции и цементируя осадок, и тем самым превращают его в твердую породу. Изначально твердые биогермные «осадки», сложенные скелетами каркасных организмов (кораллов, мшанок и др.), еще более уплотняются.

Наряду с цементами, обычными для всех пород, в карбонатных породах установлены специфические виды, выделение которых иногда помогает в расшифровке условий осадкообразования. В зарубежной литературе этому вопросу посвящена целая серия статей и специальных сборников (Longman, 1980; «Carbonate cement», 1985 и др.). Так, в обычных мелководно-морских осадках, поры которых полностью заполнены водой (фреатические условия), в раннем диагенезе вокруг карбонатных зерен нарастают игольчатые кристаллы в виде крустификационных каемок примерно одинаковой толщины — «изопахитовый цемент». Оставшееся межзерновое пространство либо сохраняется, и тогда породы имеют высокую первичную межзерновую пористость, либо позднее, в том числе в катагенезе, заполняется мозаичным крупноблочным кальцитом (рис. 7.13). Вместе с тем многие карбонатные осадки формируются в крайнем мелководье и часто осушаются; при этом поровые воды, во-первых, часто опресненные и, во-вторых, не полностью заполняют межзерновое пространство (вадозные условия). В этом случае при дефиците воды либо образуется цемент на контактах зерен (менисковый цемент), либо на нижних частях карбонатных зерен формируются микросталактиты (рис. 7.14, 7.15). В случае если такие опресненные воды заполняют межзерновые поры полностью, формируется мозаичный, более или менее равномернокристаллический цемент, заполняющий все пустотное пространство (рис. 7.14).

Таким образом, очень полезно и важно различить цементы разных генераций — раннедиагенетические и более поздние — и пытаться определить характер цемента разных генераций.

Надо отметить, что образование крустификационных каемок происходит не только между зернами, но и внутри полостей раковин, кораллов, мшанок и т.д. Во внутрираковинных пустотах могут формироваться так называемые геологические уровни, или геопетальные текстуры (рис. 7.16). Дело в том, что в диагенезе эти пустоты часто заполняются очень тонкозернистым осадком, причем заполняются не полностью.

Поскольку осаждение идет в очень спокойных условиях, верхняя граница этого осадка строго горизонтальна. Пространство выше его обычно позднее заполняется химически осажденным яснокристаллическим кальцитом. Последующие тектонические процессы, складкообразование могут изменить первичное положение и даже привести к запрокинутому залеганию. В этом случае граница микрозернистого и яснокристаллического кальцита в раковинах позволяет реконструировать первичное положение, определить величину последующих деформаций.

В какой-то мере аналогичен и процесс образования строматактисов и текстур типа «птичьих глазок». Эти текстуры развиты, как правило, в пелитоморфных и микрозернистых известняках и доломитах и представляют собой мелкие, видимые, однако, невооруженным глазом гнезда, заполненные карбонатными кристалликами. При этом такие включения располагаются более или менее послойно и имеют плоское основание. Образование их обусловлено разными причинами, но наиболее часто, видимо, определяется наличием водорослевых или цианобактериальных пленок, покровов. Это пленки, маты изначально создают определенные неровности и пустоты, кроме того, пустотки формируются за счет пузырьков газов, образующихся при разложении органического вещества водорослей.

В основном диагенетическим является и формирование кальцитовых регенерационных каемок, чаще всего вокруг остатков иглокожих. Напомним, что регенерационные каемки на обломочных зернах кварца и различных алюмосиликатных минералов образуются обычно в катагенезе.

Все описанные процессы — образование крустификационных и регенерационных каемок, выполнение различных пустот — это одно из проявлений процессов постседиментационной кальцитизации.

Наряду с кальцитизацией, которая ведет к литификации, появлению твердой породы, происходит и уплотнение осадка, что иногда проявляется в деформации форменных элементов, например, сдавливании и раздавливании еще не полностью литифицированных оолитов (рис. 7.17), в развитии стилолитов (см. гл. 1).

Важным и весьма распространенным вторичным процессом является перекристаллизация. В самом общем и упрощенном виде этот многообразный и сложный процесс можно представить в виде образования более крупных кристаллов по сравнению с исходными. Частично этот процесс укрупнения происходит за счет растворения первичного карбонатного материала и новообразования кристаллов, частично в ходе роста более крупных кристаллов за счет окружающих более мелких.

Перекристаллизация происходит как в основной массе пелитоморфных и микрозернистых известняков, так и в цементах аналогичной структуры. Она также захватывает и некоторые форменные элементы — оолиты, сгустки и т.д. Перекристаллизация может быть частичной — гнездами, послойной, вдоль трещин и стилолитов и т.д., и сплошной, когда образуются кристаллические известняки и доломиты. В последнем случае первичные структуры либо полностью уничтожаются, стираются, либо сохраняются в виде теней, реликтов (рис. 7.18).

Под действием пластовых вод происходит выщелачивание, т.е. растворение и вынос вещества. Таким образом, в частности, образуются каверны, которые имеют определенные морфологические отличия от пор — межзерновых и межкристаллических (рис. 7.19).

Во-первых, поры имеют размер сопоставимый или более мелкий, чем размер окружающих их кристаллов и форменных элементов, в то время как каверны обычно крупнее. Во-вторых, морфология пор определяется морфологией форменных элементов и кристаллов, а форма каверн независима от них. Наконец, границы пор определяются границами кристаллов и форменных элементов, а каверны ограничены поверхностями растворения форменных элементов, цемента, кристаллов.

Специфической текстурой, возникающей при выщелачивании, являются стилолиты или, точнее, стилолитовые швы (подробнее см. гл. 1, раздел 1.3.1).

Одним из важнейших вторичных процессов в карбонатных породах является процесс доломитизации, когда в результате воздействия магнийсодержащих вод на известняки кальцит последних превращается в доломит, вплоть до полного замещения известняков доломитами. Упрощенно химизм этого процесса описывается реакцией Гайдингера

2СаС03 + MgSO4 -> CaMg(CO3)2 + CaSO4

или реакцией Мариньяка

2СаСОэ + MgCl2 CaMg(CO3)2 + CaCl2.

Кроме основного продукта — доломита, в первом случае появляются сульфаты кальция в виде гипса или ангидрида, которые либо образуют парагенез с новообразованным доломитом, либо, благодаря их относительно большей, чем у доломита, растворимости, выносятся хотя бы частично. Во втором случае одним из продуктов реакции является легко растворимый хлорид кальция, который выносится из сферы реакции.

в определенных условиях происходит раннедиагенетическая доломитизация известковых осадков, известны аналогичные процессы доломитизации и в катагенезе. Для того чтобы эти процессы в катагенезе шли достаточно эффективно, необходима постоянная подача магния и столь же постоянный вынос растворимых продуктов реакции, другими словами, система должна быть открытой (в замкнутой системе без активного водообмена эти реакции если и начнутся, то быстро закончатся без видимого количественного результата). Подобные условия реализуются в хорошо проницаемых породах, где возможен активный водообмен. Поэтому пелитоморфные и микрозернистые известняки в катагенезе практически не доломитизируются, в то время как биоморфные и органогенно-обломочные известняки иногда доломитизируются весьма интенсивно.

Степень доломитизации первичных известняков различна. При слабой доломитизации редкие ромбовидные кристаллы доломита разбросаны в породе либо концентрируются вдоль микротрещинок, стилолитов, располагаются послойно (рис. 7.20). При значительной и сплошной доломитизации образуются крупнокристаллические сахаровидные доломиты, характеризующиеся плотной упаковкой кристаллов и одновременно наличием каверн. Сами кристаллы в шлифе мутные за счет включения реликтов тончайшего первичного кальцитового и глинистого вещества, часто зональные, где более мутные зоны чередуются с более чистыми (рис. 7.21). Наиболее чистые и правильные кристаллы располагаются по стенкам каверн. На фоне кристаллической основной массы иногда просвечивают реликты первичных структур — оолитов, пеллет, органических остатков и др.

В результате подобной доломитизации появляется еще одно важное свойство. Еще в 1837 г. Эли де Бомон показал, что при переходе кальцита в доломит объем твердой фазы сокращается на 12, 5 %. Дело в том, что два моля кальцита занимают объем 73, 8 см3, а образующийся один моль доломита — 64, 8 см3. Если процесс доломитизации происходит в диагенезе, то сокращение объема твердой фазы компенсируется либо уплотнением полужидкого осадка, либо путем заполнения пустот диагенетическим карбонатом из иловых вод. Если же этот процесс происходит в катагенезе, то общий объем, занимаемый комплексом отложений (пластом, пачкой пластов, рифовым массивом и т.д.), сохраняется, а объем собственно твердой части породы уменьшается. Это и ведет к увеличению пустотного пространства и появлению каверн. Надо обметить, что процесс доломитизации проходит сложнее, чем это описывается указанными выше схемами — реакция осуществляется не между твердой фазой (кальцит) и магнийсодержащими растворами. Вначале кальцит переводится в растворимую бикарбонатную форму, затем происходит реакции между растворами, в результате чего осаждается доломит.

Такой многоступенчатый ход реакций имеет ряд важных следствий. Во-первых, не весь находящийся в растворе бикарбонат вступает в реакцию, частично, как при любом выщелачивании, он выносится, т.е. итоговая пористость может увеличиваться более чем на указанные выше 12, 5%. Bo-вторых, при обратном выпадении доломита происходит перераспределение вещества — образуется плотная низкопористая матрица и одновременно значительные по суммарному объему и величине каверны.

Одним из побочных продуктов доломитизации является гипс (ангидрит), т.е. происходит вторичная сульфатизацид карбонатных пород. Вообще сульфаты нередки в карбонатных породах, и важно отличить первичное их образование от вторичного. Если отмечается тонкое переслаивание микрозернистых и пелитоморфных доломитов и сульфатов или сульфаты располагаются между слойками строматолитовых доломитов, то это, скорее всего, первичное образование во доема повышенной солености. Если же сульфаты ассоциируют с вторичными доломитами, выполняют поры известняков|, в том числе содержащих остатки стеногалинной фауны, то эти образования явно вторичные.

Нередко в карбонатных отложениях отмечаются процессы окремнения. Это линзочки, конкреции, жеоды, замещение органических остатков, реже хорошо образованные изолированные кристаллы кварца. Источник кремнезема двоякий. В одних случаях SiO₂ попадает в осадок в виде опаловых скелетов различных организмов — радиолярий, губок и др., а затем перераспределяется в той же породе с образованием тех или иных морфологический форм. Это диагенетическое и катагенетическое окремнение. В других случаях он вносится в породу пластовыми и поверхностными водами, и тогда это катагенетическое окремнение в чистом виде.

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ЭВОЛЮЦИИ

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: