Файл: Основы геологии.pdf

85 мышами, кротами и др. животными) или химическим (путём усвоения корнями растений некоторых химических элементов из горных пород вместе с влагой и т.д.) способами.
Таким образом, первая стадия осадочного породообразования заключает- ся в образовании исходного материала для будущих осадочных горных пород, будь то обломки, нерастворимый осадок при химическом взаимодействии раз- ных веществ или остатки организмов и продукты их жизнедеятельности.
Вторая стадия осадочного породообразования заключается в транспор-
тировке, переносе образованного осадка к месту его накопления. Способ транспортировки соответствует способу образования переносимого материала: обломки переносятся механическим способом в виде обломков, но могут изме- нить первоначальные размеры и форму; растворённые вещества переносятся в виде растворов, т.е. химическим способом. При физическом выветривании, ра- боте рек, морей, озёр, ветра и ледников перенос происходит преимущественно физическим способом, в виде разного размера и формы обломков. При этом ве- тер, реки, моря и озёра могут транспортировать обломки как во взвешенном со- стоянии, так и волоком по дну водоёма или поверхности земли. В процессе переноса обломочного материала волоком выполняются очень важные виды геологической работы, которые закладывают основы строения будущей горной породы. К этим видам работы относятся, в первую очередь, окатывание и сор- тировка обломков. Окатывание заключается в сглаживании острых углов – рё- бер обломков в результате трения их друг о друга, о дно и берега бассейна. В процессе окатывания обломки приобретают характерные формы: окатанную, полуокатанную или остаются неокатанными – остроугольными. Форма облом- ков осадочной горной породы имеет очень большое значение для восстановле- ния условий образования этой горной породы: хорошо окатанные обломки образуются в результате длительной транспортировки, в прибрежных условиях моря с его бесконечными приливно-отливными и волновыми перемещениями этих обломков, а также в руслах рек, особенно в их приустьевых частях; морен- ные отложения сложены остроугольными обломками разных размеров.
Сортировка обломков в процессе их транспортировки может произво- диться по размерам обломков и по удельным весам минералов. Размер перено- симых обломков зависит от массы транспортирующего источника – воды, воздуха и его скорости. Чем больше масса воды в реке, море и чем выше ско- рость перемещения этой массы, тем более крупные обломки и на большие рас- стояния они могут быть перенесены. То же самое относится и к обломкам минералов разных удельных весов: более тяжёлые перемещаются на более ко-

86 роткие расстояния, чем более лёгкие, т.е. с меньшим удельным весом. Резуль- татом продолжительной деятельности экзогенных геологических процессов в морях вблизи берегов является накопление более крупных обломков и более тяжёлых минералов (галька, россыпные концентрации золота, платины и др.), а в более глубоководных частях бассейнов осаждаются мелкие глинистые части- цы. Образуется характерная зональность в распределении обломочного мате- риала, ориентированная параллельно береговой линии. Волнения моря постоянно нарушают эту зональность, но общая закономерность сохраняется. В реках постоянные изменения течения и колебания уровня воды, связанные с атмосферными осадками, создают сложную картину в распределении обломоч- ного материала, но часто общую закономерность их распределения установить возможно. Изменения направления течения рек и скоростей течения приводят к образованию косой слоистости, являющейся одной из наиболее характерных черт аллювиальных отложений.
Ледники транспортируют обломочный материал в «законсервированном» виде, внутри толщи льда, поэтому моренные отложения не отсортированы и не окатаны. Часть отложений, связанных с деятельностью ледника, подвергается и окатыванию, и сортировке, хотя и не до очень высокой степени – это относится к флювиогляциальным отложениям, в транспортировке которых принимают участие так называемые талые воды, образованные при таянии ледника.
Третья стадия в осадочном породообразовании – аккумулятивная или на-
копительная, которую называют седиментогенезом. Она заключается в накоп- лении осадков разного типа на участках прекращения транспортировки, т.е. в тех случаях, когда на пути переноса возникают непреодолимые для дальнейшей транспортировки препятствия. Для обломочного материала таким непреодоли- мым препятствием могут быть повороты русла реки, углубления в дне реки или моря, крупные обломки (валуны) на пути перемещения обломков и т.д. Для хи- мических растворов непреодолимым препятствием является резко изменяю- щийся состав горных пород русла или дна бассейна в направлении течения, т.е. геохимический барьер, на котором растворы вступают в реакцию, результатом которой является образование и выпадение нерастворимого осадка.
Осадконакопление может происходить в водной среде: в реке, озере или море, и в таком случае образованные осадки называются субаквальными. Если же они накапливаются в воздушной среде, на поверхности Земли, то их назы- вают субаэральными.
В результате стадии осадконакопления (аккумуляции) образуется «полу- фабрикат» горной породы – осадок, который имеет довольно сложный состав.

87
Он представляет собой комплекс самого разнородного материала: обломки гор- ных пород, воду, растворённое вещество разного состава, нерастворимый осадок, остатки животных и растений, органические и неорганические кислоты. Чтобы этот осадок превратился в осадочную горную породу, его надо упорядочить, он должен пройти ещё одну обязательную стадию, которая называется диагенезом.
Диагенез – это процесс преобразования осадка в осадочную горную поро- ду. Осадок представляет собой сложную неравновесную физико-химическую систему. Составные части осадка могут взаимодействовать друг с другом и с ок- ружающей средой, и это взаимодействие как раз и составляет суть самого про- цесса диагенеза. Взаимодействие составных частей осадка происходит до установления полного химического и физического равновесия в этой системе. В физическом отношении все составные части (прежде всего обломки пород и ми- нералы) занимают наиболее устойчивое положение относительно друг друга, а сам осадок уплотняется под действием массы вышележащих осадков с выдавли- ванием излишков воды; в химическом отношении они вступают во все возмож- ные для данных термодинамических условий реакции между всеми составными частями осадка до установления химического равновесия, т.е. покоя. Вторая, за- вершающая стадия диагенеза, заключается в переходе части химических элемен- тов из осадка в наддонную часть бассейна, взамен чего часть химических элементов из бассейна переходит в формирующуюся горную породу с образова- нием так называемых диагенетических минералов. Эти минералы, как правило, образуют в породе линзы, конкреции, стяжения. Одновременно формирующаяся равновесная система приходит в полное физико-химическое равновесие и с ок- ружающей средой. В результате завершения всех перечисленных процессов пре- образования осадка создаётся равновесная физико-химическая система – горная порода, которая в сложившихся условиях весьма устойчива и не способна реаги- ровать на окружающую среду, так как находится с ней в полном равновесии. В аэральных условиях стадия диагенеза проявляется весьма слабо.
Стадия диагенеза сменяется уже стадией преобразования горной породы.
Такая стадия носит название катагенеза.
Катагенез – это первая стадия преобразования осадочной горной породы под действием внешних условий. Её можно определить как совокупность про- цессов, преобразующих осадочную горную породу в период её существования до начала метаморфизма или выветривания. Катагенез происходит в результате наступления нового неравновесного состояния между горной породой и окру- жающей её средой. Главной причиной катагенеза является перемещение горной породы в условия более высоких или низких температур и давлений. В этих но-

88 вых условиях горная порода должна измениться таким образом, чтобы соответ- ствовать изменившимся условиям. Наряду с температурой и давлением, в ката- генетических процессах принимают активное участие подземные воды.
Процессы катагенеза происходят очень медленно, продолжаются очень долго, что приводит к весьма существенным изменениям: дальнейшему уплотнению горной породы и сближению частиц породы друг с другом, в результате чего уменьшается пористость горных пород; отжимающиеся воды растворяют неко- торые минералы в горной породе и переносят растворённое вещество в преде- лах этого же пласта горной породы; под действием температуры и давления, а также химически активных подземных вод происходит перекристаллизация горной породы с увеличением размера кристаллов и образованием новой гене- тической группы минералов – катагенетических.
Различают два типа катагенеза: прогрессивный и регрессивный.
Прогрессивный происходит при погружении осадочных горных пород в область с повышенными температурой и давлением. При дальнейшем погруже- нии катагенез может смениться метаморфизмом. Регрессивный происходит при воздымании участков земной коры с понижением температуры и давления.
Дальнейшее поднятие приводит к выходу блока горных пород на дневную по- верхность и сменяется процессами выветривания.
Изучение катагенетических изменений горных пород имеет большое зна- чение при изучении геологии нефтяных и газовых месторождений, так как при катагенетических процессах изменяется пористость и проницаемость горных пород, что влечёт за собой изменение ёмкостных и фильтрационных свойств горных пород.
2.3.2. Условия залегания осадочных горных пород
Осадочные горные породы залегают в виде слоёв или пластов.
Слой – это геологическое тело (рис. 17, 19), сложенное однородной гор- ной породой, ограниченное двумя примерно параллельными поверхностями, имеющее определённую толщину (мощность) и занимающее значительные площади. Название слою даётся по названию слагающей его горной породы, например, слой глины, песка, известняка и т.д. Слой может быть простым по составу (слой глины) или сложным (слой глины с прослоями песка и др.). Слои можно называть и пластами, хотя чаще на практике под пластами понимают геологические тела, сложенные полезными ископаемыми, например, пласт уг- ля, нефтеносный пласт, золотоносный пласт и др.

89
Рис. 17. Тонкое переслаивание осадочных горных пород
доманиковой свиты по р. Доманик. Фото Д.Темнова
В слое или пласте выделяют две поверхности напластования, ограничи- вающие его от других слоёв или пластов. Нижнюю поверхность напластования называют подошвой, верхнюю – кровлей. Толщину слоя называют в геологии
мощностью (рис. 18), а так как не всегда удаётся определить (замерить) толщи- ну слоя, мощность разделяют на истинную (т.е. собственно толщину) и види- мую. Можно истинную мощность определить как расстояние по нормали между подошвой и кровлей слоя, а видимую – как любое расстояние между по- дошвой и кровлей. Другими словами, истинная мощность может быть у каждо- го слоя только одна, а видимых – сколько угодно, в зависимости от условий залегания и обнажения этого слоя.
Рис. 18. Мощность слоя:
Рис. 19. Параллельное несогласие
h–истинная
h
1
–вертикальная
h
2
–горизонтальная
α–угол наклона слоя

90
Видимая мощность – это толщина слоя, которую мы видим в данном кон- кретном случае, например, при крутозалегающем слое она будет меньше, чем при пологом. Её мы можем замерить по поверхности Земли при крутом залега- нии слоя, по керну буровой скважины при тех же условиях. Она может быть вертикальной (измеренной по вертикали, часто по керну скважин), горизон- тальной (измеренной по горизонтали, чаще всего по поверхности Земли) или наклонной (например, по склону оврага или наклонной поверхности горы).
Мощность может быть постоянной или выдержанной, если она не изменяется
(или мало изменяется) на значительном протяжении пласта; она может быть невыдержанной или изменчивой, если на небольших расстояниях изменяется в значительных пределах. В таких случаях различают раздувы – резкое увеличе- ние мощности слоя на небольших расстояниях на фоне какой-то постоянной величины; и пережимы, когда мощность резко уменьшается по сравнению с соседними участками. Постепенное изменение мощности до полного исчезно- вения слоя называется выклиниванием слоя.
Каждый слой или пласт отли- чается определённым положением в пространстве. Для определения это- го положения используется горный компас, с помощью которого опре- деляются главные элементы ориен- тировки слоя или пласта в пространстве (рис. 20). К таким элементам относятся направление простирания слоя (простирание), направление его падения (падение) и угол наклона слоя (пласта) отно- сительно горизонтальной поверхно- сти (угол падения).
Простирание слоя – это линия пересечения кровли или подошвы слоя с горизонтальной плоскостью или поверхностью Земли. Положе- ние этой линии в пространстве оп- ределяется азимутом простирания и измеряется углом в пределах от 0 0
до 360 0
от северного меридиана до
Рис. 20. Полевой замер элементов
залегания слоя. Фото автора