Япаскурт О.В. Генетическая минералогия и стадиальный анализ процессов осадочного породо - и рудообразования
Подождите немного. Документ загружается.
кой окружаемого каймой кристалла. Это легко проверить, вклю!
чая и выключая попеременно анализатор в микроскопе и пово!
рачивая предметный столик. Погасание и просветление у зерна
и регенерационных наростов будут синхронными.
Выше речь шла о зернистых аутигенных новообразованиях.
Применительно к слоистым силикатам (глинистым минералам, в
частности) аутигенность установить труднее. Но остается дей!
ственным главный ее принцип: упорядоченность «рисунка», со!
здаваемого минеральными частичками. Наглядный пример —
крустификационные иллитовые, либо хлоритовые каемки вокруг
песчинок (см. рис. 3.5.). Они развиваются в неуплотненном
осадке или в слабо уплотненной породе на начальных этапах ли!
тогенеза (диагенез, ранний катагенез).
Однако при напряженных Р!Т условиях нижних уровней
стратисферы, где минеральные обломки приведены в тесное
соприкосновение, структуры обрастания имеют иной вид — глу!
боко внедрившихся аутигенных минералов внутрь регенериро!
ванного обломочного зерна. Это так называемые шиповидные,
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 3311
Рис. 3.5. Крусификационный пленочный хлоритовый цемент
(штриховатые полосы), окаймляющий слабо окатанные и углова"
тые обломки кварца и плагиоклаза в аркозовом песчанике К
1
внешнего крыла Приверхоянского краевого прогиба в низовьях р.
Лена. Зарисовка шлифа.
или бородатые структуры врастания слюд и хлоритов в кварце!
вые и полевошпатовые зерна (рис. 3.6.). Такие образования по!
являются на самых конечных этапах катагенетической стадии,
однако, наиболее характерны они для последующей стадии ме!
тагенеза (см. ниже)
Процессы диффузии в жидкой и твердой фазах, как вид!
но из всего вышеизложенного, имеют чрезвычайно важное зна!
чение для обеспечения аутигенеза. Диффузия вездесуща, в том
числе и в стратисфере. А.Е. Ферсман считал ее одним из осо!
бенно важных проявлений свойств материи, с которыми связа!
но разнообразие окружающей нас природы. Он писал, что от!
дельные вещества пробивают себе дорогу сквозь твердые тела
подобно тому, как капли ртути под давлением проникают через
деревянную доску. Далее он очень образно описывает процесс
кристаллообразования с участием диффузии, который вполне
применим к аутигенезу. Приводим его дословный пересказ.
Когда кристалл растет под влиянием заложенных в нем сил
взаимного притяжения, он извлекает из окружающего раствора
необходимое ему вещество. Вокруг кристалла образуется зона,
более бедная данным веществом, чем остальная масса раство!
ра. Но силы диффузии стремятся пополнить эту зону новым
притоком вещества. Таким образом, вокруг растущего кристал!
ла мы видим ряд движений и переносов вещества. В основе яв!
лений кристаллизации лежит сила притяжения, с одной сторо!
ны, и сила диффузии — с другой. Однако в природе такая крис!
таллизация идет не только из водных растворов, циркулирую!
щих по свободным трещинам, она может идти и в более или ме!
3322 ОО ..ВВ.. ЯЯппаа сскк уурр тт
Рис. 3.6. Шиповидные вростки аутигенной слюды (белые узкие
иглы) в края регенерированных обломочных зерен кварца в мета"
песчаниках:
слева — шокшинских, протерозоя Карелии (по И.М. Симановичу, 1975),
справа — Р
1
верхоянского комплекса (по автору). Шлифы, николи +; диаме!
тры обломочных зерен 0,2 ± 0,05 мм.
нее сформировавшейся породе, в затвердевающем осадке гли!
ны или песка. Шире и интенсивнее всего сказываются явления
диффузии в самой твердой земле (включая стратисферу). Здесь
в мельчайших капиллярах и в трещинках, прорезающих породы,
идут незаметно медленные, но огромные по своим результатам
процессы переноса вещества. Этим сказано все самое сущест!
венное о роли диффузионных процессов.
Трансформации минералов — понятие было введено
французским исследователем Ж. Милло (1968). Он трактовал
«трансформацию» как преобразование минерала в иной вид,
осуществленное с сохранением изначального структурного ти!
па кристаллической решетки, внутри которой некоторые анионы
или катионы замещаются на другие, с сохранением общего ба!
ланса уравновешивающихся электрических зарядов. При этом
физические (оптические, в том числе) свойства вещества пре!
терпевают принципиальные изменения. Особо подчеркнем, что
этот процесс реализуется целиком в твердофазной среде, со!
вершенно без признаков растворения и новой кристаллизации
(то есть без фазовых переходов). Его наблюдать можно в слоис!
тых силикатах — в прозрачных шлифах при максимальных уве!
личениях поляризационного микроскопа, а также с помощью
электронной микроскопии и электронографии. Иллюстрации
см. ниже, в главе 5 «Глинистые минералы…», а также в учебниках
и книгах В.А. Дрица и А.Г. Коссовской и О.В. Япаскурта (1999).
Классическими примерами могут прослужить трансформации
выветриваемых при условиях низких значений рН триоктаэдри!
ческих слюд!биотитов в каолинит (некоторые почвы угольных
пластов — бывший субстрат торфяников). Те же биотиты, попа!
дая в щелочную среду осадков соленых лагун и озер, способны
частично или полностью трансформироваться в монтморилло!
нит. Иные многочисленные примеры см. ниже при описании вну!
тристратисферных процессов, где явления трансформаций то!
же широко распространены.
Выше отмечалось, что трансформации, строго говоря, не
причисляются к аутигенезу. Так же считал и Ж. Милло. Процесс
возникновения нового минерала из растворов, питаемых за счет
коррозии и разрушения других, неустойчивых к данной среде
минералов, он предложил именовать «новообразованием», про!
тивопоставив этот термин минеральным трансформациям. Но
следует помнить, что различить новообразованные и трансфор!
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 3333
мированные аутигенные минералы на практике не так!то про!
сто, и не всегда удается доказать это с полной уверенностью.
Кристаллобластез — это процесс перекристаллизации
породообразующих компонентов в твердом состоянии, без фа!
зовых переходов, но при участии межкомпонентных растворов
(так называемой «кристаллизационной среды»). Он нуждается в
притоке извне энергии динамотермальной активации.
На своей зачаточной стадии структуры бластеза достаточ!
но уверенно и просто опознаются в петрографических шлифах
песчаников, содержащих обломочный материал и аутигенный
кварц. Методика обнаружения таких структур с помощью пери!
одического включения и выключения анализатора в поляриза!
ционном микроскопе в подробностях описана И.М. Симанови!
чем в 1978 г. и (впоследствии) автором. Содержание ее сводит!
ся к следующему. Кристаллобластез на начальных этапах мета!
генеза затрагивает в основном периферические участки обло!
мочных зерен и регенерационные кварцевые каемки. Сущность
процесса сводится к бластическому замещению кварца квар!
цем, осуществляющемуся в результате движения границ зерен.
Это можно увидеть при скрещении николей. В таком случае гра!
ница между минеральными агрегатами, имеющими вследствие
разных оптических ориентировок разную тональность интерфе!
ренционной серой окраски, далеко не везде совпадает с изна!
чальными (конформными инкорпорационно!регенерационны!
ми) контурами раздела песчаных зерен, хорошо заметными при
выключенном анализаторе. Происходит частичный переход оп!
тической ориентировки из одного кварцевого зерна в другое,
соседнее зерно, совершающийся иногда даже через более ран!
нюю регенерационную кайму между ними. При переменном
включении и выключении анализатора представляется, что от!
дельные кварцевые ядра как бы увеличиваются в размерах, по!
глощая часть площади своего соседа, которая приобретает оди!
наковую с этим ядром оптическую ориентировку, «погасая» и
«просветляясь» вместе с ним по мере вращения столика микро!
скопа (рис. 3.7, а).
Причем, если на границах между начальными зернами бы!
ли пузырьки жидкости или частички глинистого вещества, то они
совершенно не препятствуют диффузной миграции границ в
процессе раскристаллизации кварца. И.М. Симанович подчер!
кивает, что для подобного перемещения большеугольных гра!
ниц минерала требуется энергия активации. Причиной их дви!
3344 ОО.. ВВ.. ЯЯ ппаасскк уурртт
жения являются внутренние напряжения в зернах кварца или
внешне приложенные напряжения (стресс), или стремление к
уменьшению свободной энергии самих границ зерен. С повы!
шением температуры начинает двигаться большая часть границ
кварцевых зерен; миграция их происходит все глубже и так, что
иногда соседние зерна целиком поглощаются мигрирующей
границей. В итоге формируются гранобластические (гранобла
стовые) структуры.
А в динамически активных зонах метагенеза рекристаллиза!
ционные контакты бывают осложнены грануляцией — развитием
на участках контакта разноориентированных мельчайших квар!
цевых индивидов, угасающих в «шахматном порядке» (рис. 3.7,
б!г). Такие структуры рекристаллизационногрануляционного
бластеза отличны от упоминавшихся выше инкорпорационных
катагенетических структур (см. рис. 3.3.) кажущейся «неразъем!
ностью» контактирующих агрегатов зерен в первом случае.
Бластические микроструктуры свойственны интенсивным
постседиментационным изменениям пород на стадии метаге!
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 3355
Рис. 3.7. Микроструктуры бластеза обломочного кварца:
а — рекристаллизационного (миграция границы через конформный контакт
обломков), на остальных фотоснимках — рекристаллизационно!грануляци!
онного, с «шахматным» угасанием агрегатов новообразований. Шлифы, ни!
коли +, увеличения 80, а в правом рис. г — 250. По И.М. Симановичу, 1975 г.
а б
в г
неза (см. ниже), и часто они сочетаются с шиповидными или бо!
родатыми микроструктурами (рис. 3.7, в, см. рис. 3.6).
Метасоматоз — один из широко распространенных в при!
роде процессов. Он свойственен также всем стадиям осадочно!
го породообразования. Несмотря на это, в литологической ли!
тературе метасоматоз освещался в меньшей степени, и о нем
упоминалось реже, чем о прочих процессах, а иногда не упоми!
налось вовсе. За ним всегда признавалась большая роль при ги!
пергенезе и при локально!эпигенетических изменениях осадоч!
ных комплексов под воздействием на них эндогенных газо!флю!
идных эманаций в зонах различных тектонических дислокаций.
Проявления метасоматоза на стадиях диагенеза и катагенеза
многими литологами только молчаливо подразумевались или
упоминались как бы мимоходом.
Между тем масштабность этого процесса при литогенезе
явно недооценивались, а при обнаружении его следов их зачас!
тую трактовали как признаки непременно эндогенной термаль!
но!флюидной «проработки» осадочной породы. В связи с этим
следует напомнить, что метасоматический процесс всегда про!
текает в ходе уравновешивания изначально неравновесной ми!
нерально!флюидной системы, а именно такую систему пред!
ставляют собою вступившие в стадии литификации осадки.
Классическое определение этому процессу дал Д.С. Кор!
жинский в 1936 и 1953 гг., который под метасоматозом предла
гает понимать всякое замещение горной породы с изменением
химического состава, происходящее как в экзогенных, так и эн
догенных условиях, при котором растворение старых минера
лов и отложение новых происходит почти одновременно, так что
в течение процесса замещаемые горные породы все время со
храняют твердое состояние.
Метасоматические замещение по своей природе может
быть разделено на реакционное и диффузионное, а по характе!
ру соотношений исходных минералов с продуктами их замеще!
ниям — на псевдоморфизацию и метасоматическое замещение
с переложением. При этом процессы реакционного и диффузи!
онного замещения тесно взаимосвязаны. Они совершаются не
только через капилляры и реакционные пленочные растворы, но
и сквозь кристаллическую решетку, легко проницаемую для
многих ионов. По характеру переноса вещества метасоматоз
подразделяют на диффузионный, инфильтрационный, ионно!
диффузионный. В большинстве случаев он совершается по!
3366 ОО.. ВВ .. ЯЯ ппаасс кк уурртт
средством взаимодействия минералов горной породы с жидким
или газообразным раствором, выполняющим поры упомянутой
породы.
Следует обратить внимание на то, что к метасоматозу не
относятся следующие процессы: 1 — образования в горных по!
родах пустот выщелачивания и последующего (не синхронного)
их выполнения новым минеральным агрегатом; это аутигенез и
2 — преобразования породы, связанные с изменениями в них
содержания только воды и углекислоты.
Наиболее характерным порождением метасоматических
процессов в осадочных породах служит образование минераль!
ных псевдоморфоз — как следствие установленного Линдгре!
ном «закона постоянства объемов» при замещении, всегда со!
провождаемым существенным привносом!выносом вещества.
Осуществляясь на атомно!молекулярном уровне через посред!
ство химических реакций в системе горная порода — поровый
раствор, метасоматические процессы оказались своего рода
буфером или, точнее, инструментом приспособления состава
пород к менявшимся условиям окружавшей ее среды.
Дегидратация минералов — чрезвычайно распростра!
ненный и важный для литогенеза процесс, генетически тесно
связанный со многими из вышеописанных процессов. Он сопут!
ствует, прежде всего, минеральным трансформациям, а также
перекристаллизациям минералов с фазовыми переходами и не!
которым метасоматическим новообразованиям.
Наиболее изучена и досконально описана минералогами и
литологами дегидратация смектитов вследствие их трансфор!
мации в слюды либо в хлориты вблизи границы между подста!
диями раннего и позднего катагенеза. Масштабность этого про!
цесса показана в работах В.Н. Холодова (1983, 2004, 2006 и др.),
где были рассчитаны гигантские объемы вод, генерируемых в
толщах вследствие трансформаций седиментогенных смекти!
тов. Источниками Н
2
О, помимо смектитов, могут оказаться
трансформации других минералов, а также постседиментаци!
онные преобразования рассеянного ОВ, которые хорошо изве!
стны из работ специалистов нефтяной геологии Н.Б. Вассоеви!
ча, В.Н. Волкова, О.К. Баженовой и др.
Можно присовокупить к этой же группе процессов дегаза"
цию породных компонентов. Наглядные примеры ее описыва!
лись В.Н. Холодовым (1983), который объяснял неустойчивость
значительной части рассеянных в породе карбонатных включе!
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 3377
ний реакциями гидролиза, экспериментально обоснованными в
работах 1967 г. гидрогеологов И.Г. Киссина и С.И. Пахомова. Эти
исследователи показали, что при давлении насыщенного пара и
нагревании от 75 до 120
О
С с дистиллированной водой карбона!
ты гидролизуются по схеме:
СаСО
3
(тверд.) + Н
2
О = Са(ОН)
2
(раств.) + ОН
–
+ СО
2
(газ)
При этом первыми гидролизуются карбонатные соедине!
ния железа (сидерит), за ними — магнезиальные карбонаты и
близко к температуре +120
О
С с водой реагирует кальцит. Было
установлено, что примесь в этой системе магнезиальных сили!
катов (монтмориллонита) интенсифицировала данный процесс.
В.Н. Холодов, описывая такое же природное явление, особо
подчеркивал, что для успешного осуществления гидролиза рас!
сеянных карбонатов должен действовать определенный фактор:
проницаемость вышележащих глинистых покрышек, обеспечи!
вающая возможность для оттока газа СО
2
и создающая условия
совершенной открытости системы.
Дегазация, а также другие преобразования ОВ в страти!
сфере досконально описаны в трудах Н.Б. Вассоевича и учебни!
ках по геологии и геохимии горючих ископаемых В.Н. Волкова,
О.К. Баженовой, Ю.К. Бурлина и др. и здесь не рассматривают!
ся.
Все изложенное относилось к разряду «элементарных»
процессов, осуществляемых на уровнях породных минеральных
компонент. Применительно к более высоким уровням организа!
ции вещества в рассматриваемой системе (стратисфере) — фа!
циальным комплексом и формациям различные комбинации
элементарных процессов интегрируются в таксоны более круп!
ного ранга, для анализа которых мы отправляем читателя к кни!
ге (Япаскурт, 1999).
3.4. Кратко о стадиях осадочного процесса
Поясню вначале причину использования термина «про!
цесс» то в единичном, то во множественном числах. Природные
процессы многоранговы: на атомарно!молекулярном уровне
они изучаются геохимией, на более высоких уровнях системной
организации — соответственно, минералогией, литологией и
др. геологическими науками. В разделе 3.3. были описаны виды
3388 ОО.. ВВ.. ЯЯ ппаасскк уурртт
только «элементарных» процессов минерально!компонентного
уровня. Их совокупности на уровне горных пород и породных
комплексов представляют уже более сложные категории. На!
пример, процесс конкрециеобразования в породе включает:
коррозионные, диффузионные, трансформационные элемен!
тарные процессы, аутигенез и возможные проявления метасо!
матоза. Элизионный процесс генерации вод на стадии катаге!
неза объединяет в себе процессы: гравитационного уплотне!
ния, коррозии, минеральных трансформаций, минеральной де!
гидратации, дегазации и др.
Базовый термин «осадочный процесс» вмещает в себя всю
совокупность известных, малоизвестных и покуда нам не изве!
стных физических, химических и биохимических процессов от
разных системных уровней, которые присущи всем нижеследу!
ющим стадиям осадочного цикла (рис. 3.8.): 1 — мобилизации
веществ (в основном гипергенной, но местами вулканогенной и
биогенной), 2 — их транспортировки, 3 — их накопления (2!я и
3!я объединяются понятием седиментогенез), 4 — диагенеза, 5
— катагенеза (начального, или слабого и позднего, или глубин!
ного), 6 — метагенеза, или анхиметаморфизма (выделяется не
всеми) и 7 — наложенного на 5!ю и 6!ю стадии регрессивного
эпигенеза (не везде). Совокупно — 4!ю, 5!ю и 7!ю стадии автор,
следуя за П.П. Тимофеевым и др. (1974), рассматривает в рам!
ках надстадии литогенеза (принято не всеми). Метагенез свои!
ми Р!Т условиями и процессами тяготеет к метаморфизму бо!
лее, чем к литогенезу (см. ниже).
Подробный обзор всего этого стадиального ранжирования
см. в книге (Япаскурт, 1999). Здесь ограничимся только лаконич!
ными комментариями, чтобы облегчить читателю путь поиска
литературных первоисточников.
Гипергенез понимается, согласно трактовке академика
А.Е. Ферсмана (1955, 1977), как весь комплекс химических, био
и физикохимических явлений, которые протекают на границе
между атмосферой и твердой земной оболочкой. Поднятые тек!
тоническими силами наверх из земных недр горные породы
(магматические, метаморфические, древние осадочные) состо!
ят из минеральных агрегатов, которые в большинстве своем бы!
ли сформированы при динамотермальных (P!Т) и физико!хими!
ческих условиях, совершенно иных, чем на поверхности Земли.
Оказавшись в зоне гипергенеза, эти минеральные агрегаты по!
падают под воздействие чужеродных им атмосферных газов и
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 3399
4400 ОО.. ВВ.. ЯЯ ппаасс кк уурртт
Рис. 3.8. Стадии осадочного процесса и их главнейшие параметры.