Дифференциация и интеграция осадочного вещества

Лекция 6.

В процессе переноса и накопления осадочного материала происходит осадочная дифференциация, первые сведения, о которой содержатся в работах А.Д. Архангельского (1923), В. Гольшмидта (1931) и В.П. Батурина (1931). Наибольший вклад в развитие учения внес Л.В. Пустовалов (1936-1940). К настоящему времени ряд положений этого учения существенно уточнены и дополнены.

Сущность осадочной дифференциации заключается в том, что под влиянием механических, химических, биологических и физико-химических процессов происходит рассортировка осадочного материала или избирательное выделение в твердую фазу растворенных и газообразных веществ с последующим переходом отделившихся однородных продуктов в осадок.

Образовавшиеся из таких осадков породы отличаются более простым химическим составом, высокой концентрацией отдельных компонентов или большей однородностью частиц по размеру. Благодаря этим обстоятельствам многие осадочные породы представляют собой ценные полезные ископаемые (кварцевые пески, железные руды, соли, и др.).

Главнейшие внешние факторы, регламентирующие течение осадочной дифференциации, следующие: рельеф, поверхность суши и дна водных бассейнов, климат; агент переноса; режим движения среды переноса (замедление, ускорение, пульсация скорости); количество областей питания осадочным материалом и расстоянии от них до места накопления; соленость вод и количественного соотношения растворенных компонентов; рH и Eh среды и наконец – жизнедеятельность организмов.

На ходе осадочной дифференциации отражаются и физико-химические свойства осадочного материала: степень дисперсности, плотность, механическая устойчивость, химическая активность, растворимость, количество (или концентрация) осадочного материала на путях переноса.

Обилие причин и разнообразие состояний веществ, участвующих в процессе, не дает возможности создания единой схемы осадочной дифференциации, пригодной для всех типов литогенеза. Поэтому выделяют 4 типа осадочной дифференциации: механическую; химическую; биогенную и физико-химическую.

Механическая дифференциация – наиболее яркий способ рассортировки материала. Она происходит при транспортировке и осаждении обломков горных пород и минералов, скелетных останков организмов и отмерших частей растений. Сначала отлагаются более крупные обломки, затем средние и более мелкие.

При равных размерах транспортируемых частиц в первую очередь осаждаются наиболее плотные (касситерит – 6,8г/см³, магнетит – 5,2, ильменит – 4,79, рутил – 4,25 и др.) а затем легкие частицы (плагиоклазы – 2,6 – 2,75 г/см³, кварц – 2,65, полевые шпаты – 2,55 – 2,56, остатки растительности – 1,1 и др.). Поскольку плотность и размер в какой-то степени компенсируют друг друга при переносе, то в осадке обычна ассоциация более крупных легких минералов с более мелкими тяжелыми.

На осаждение частиц влияет и их форма. Наибольшей транспортабельностью обладают обломки таблитчатой и чешуйчатой формы, поэтому в осадке вместе с пелитовыми и алевритовыми частицами нередко встречаются таблички и чешуйки слюды более крупного размера.

Поскольку обломочные породообразующие минералы осадочных пород имеют относительно не большой диапазон колебаний плотности (2,55 – 2,75г/см³) и изометрическую или близкую к ней форму, ведущим признаком при рассортировке материала следует считать размер.

Принципиальная схема механизма осадочной дифференциации.

глыбы валуны галька гравий песок алеврит пелит

Отклонения от схемы имеет место при наличии поднятий и впадин в бассейне осадконакопления, где на поднятиях происходит наиболее интенсивное взмучивание осадка. К отклонениям приводят прибрежные морские течения, селевые потоки и др. природные явления.

Химическая дифференциация - это совокупность химических процессов, происходящих в гидросфере, вызывающих последовательный переход растворенных веществ в твердую фазу и осаждение возникших продуктов в бассейне седиментации. Этот вид дифференциации грандиозен по своим масштабам.

Основные продукты химической дифференциации отличаются простотой состава – это, главным образом простые окислы, соли угольной, серной и соляной кислот, состоящие из 2-3 элементов. Выделение растворенных веществ в твердую фазу происходит под влиянием внешних факторов (температура, давление, солевой состав, газовый режим, pH и Eh среды), эффективность воздействия которых в значительной мере контролируется тектонической обстановкой и климатическими условиями. При постоянстве внешних факторов и химической характеристики природных вод, между осадком и растворенными веществами устанавливается равновесие. Изменение физико-химической обстановки влечет за собой выпадение веществ в осадок, либо разрушение последнего.

В зависимости от обстановок осадкообразования различают два вида химической дифференциации. Первый вид дифференциации осуществляется при постоянстве состава и солености бассейновых вод в течение длительного времени. Образуются осадки различного состава, которые откладываются одновременно, но на разных глубинах. Для морского гумидного литогенеза характерна следующая последовательность выпадения веществ в осадок (в направлении удаления от берега): окислы Al, Fe, Mn. Второй вид дифференциации происходит при постепенном изменении солености вод не в пространстве, а во времени (с глубиной, снизу вверх по разрезу), что приводит к последовательному осаждению кальцита, доломита, гипса, сильвина, карналита, бишофита.

Биогенная дифференциация – заключается в избирательном превращении растворенных и газообразных компонентов в минеральные скелетные образования или органические ткани в результате жизнедеятельности организмов. Этот вид дифференциации происходит на суше и в водной среде. После отмирания животных и растительных организмов их остатки переходят в осадок, распределяясь по дну бассейна седиментации в соответствии с влиянием факторов механической дифференциации.

Благодаря дифференциации этого типа накапливаются огромные толщи органогенных известняков, создаются рифовые постройки, накапливается органическое вещество – материал для образования каустобиолитов нефтяного и угольного ряда. Особенно велика ее роль в накоплении соединений, составные части которых в современную эпоху в воде не находятся в состоянии насыщения (кремнезем, фосфаты и другие образования). В неблагоприятных условиях продукты жизнедеятельности организмов могут полностью растворяться или разлагаться, как это случается с кальцитовыми раковинами в северных морях (с понижением температуры растворимость кальцита увеличивается) или с растительными остатками в зонах интенсивной аэрации осадка (процесс тления – полное окисление органических остатков).

Физико-химическая дифференциация – присуща исключительно коллоидальному материалу. Она осуществляется в водной среде под воздействием физико-химических сил, вызывающих укрупнение частиц вследствие коагуляции коллоидных растворов и явлении сорбции. Распределение выпавшего в осадок материала контролируется факторами механической дифференциации.

В зависимости от качества (обломочный, коллоидальный, растворенный и т.д.) и количества материала, климатических условий, свойств и состояния среды в каждом конкретном случае могут иметь место один или несколько видов осадочной дифференциации, протекающих одновременно и перекрывающих друг друга. В первом случае будет возникать более или менее однородный осадок, во втором – он может оказаться поликомпонентным.

Одновременно с процессами дифференциации происходит интеграция (смешение) вещества. Это процесс, противоположный разделению, но генетически с ним связанный. Отщепляющиеся и разделяющиеся компоненты испытывают не только механическое смешение, но и взаимодействуют между собой – объединяются. Обычно характерно преобладание дифференциации над интеграцией, но большинство специалистов рассматривают их как две стороны одного и того же процесса рассортировки осадочного вещества.

Таким образом, седиментогенез представляет собой весьма сложный природный процесс, охватывающий значительную часть поверхности Земли. Происходящая при этом дифференциация и интеграция являются одним из основных его движущих сил, причинами многообразия осадочных пород.

Дата добавления: 2013-12-13