2.5.11.Катагенез

Катагенез, или как иногда называют эпигенез, - это стадия глубинного преобразования осадочных пород под влиянием повышенных температур и давления и подземных минерализованных вод. Доминирующие процессы – физико-механические, т.е. уплотнение пород под нагрузкой вышележащих толщ, мощность которых от первых сотен метров до 4-6 км, что определяет и глубину зоны катагенеза в литосфере. Температура у кровли зоны 30-50⁰С, а у подошвы – вероятно, 150-200⁰С, давление – от первых сотен до 1200-2000 атм. Длительность – от сотен миллионов до 1-1,5 млрд. лет, т.е. время геологическое и намного более длительное.

За это время минеральное вещество вызревает структурно, например кристаллическая структура упорядочивается, размер кристаллов увеличивается, химический состав становится определеннее.

Длительное время катагенеза и большая мощность его зоны требуют и позволяют произвести его расчленение на подстадии, или этапы. В литологии принято двучленное, а в нефтяной геологии – более дробное подразделение в вертикальном разрезе. Ранний, или начальный катагенез примерно соответствует протокатагенезу, по Н.Б. Вассоевичу и др., а поздний, или глубинный, - мезокатагенезу.

Ранний катагенез

Ранний катагенез, или протокатагенез, сменяет диагенез на глубинах в среднем от 100 до 500 м и охватывает толщу до 1,5-3 км. Температура возрастает от 30-50 до 100⁰С, давление от 100-200 до 700-800 атм., и пористость снижает от 40 до 15%. Давление гидростатическое вверху сменяется на литостатическое, что определяет физико-механические изменения пород: уплотнение, отжатие воды, переход кубической укладки зерен в тетраэдрическую, а позднее и растворение под давлением. Наряду с механическими совершаются физико-химические и химические процессы: растворение и коррозия неустойчивых минералов – слюд, амфиболов, пироксенов, преобразование их и полевых шпатов в новые минералы, синтез новых минералов в поровых пространствах – каолинита и других глинистых, цеолитов, сульфатов, сульфидов и других, образование или наращивание конкреций.

Для раннего катагенеза наиболее характерна глинизация полевых шпатов и других силикатов, напоминающих химическое выветривание влажных тропиков, в результате которого силикаты нацело замещаются глинами.

Глубинный катагенез

Глубинный катагенез, или мезокатагенез, постепенно сменяет ранний катагенез на глубинах 2-3 км и прослеживается на платформах в грабенообразных прогибах до 5-6 км, а в геосинклиналях или зонах с повышенным тепловым потоком – иногда до меньших глубин. Таким образом, мощность зоны позднего катагенеза достигает 4 км. Температура возрастает на этом интервале от 100-200⁰С, давление – от 700- 800 до 1200-1500 атм, пористость уменьшается от 15 до 2%, а объемная плотность приближается к максимальной – 2,6.

Главный процесс – уплотнение, приводящее к исчезновению пористости. Оно осуществляется разными способами, во-первых, механическими: обжатие пластичных зерен вокруг крепких, внедрением вторых в первые. Во-вторых, поровое пространство полностью заполняется цементом; В-третьих, в отмытых от глинистого цемента существенно кварцевых песчаниках происходит растворение в твердом состоянии под давлением и сближение кварцевых зерен по микростилолитовым швам с одновременным сопряженным разрастанием их за счет перемещенного из зоны растворения кремнезема в направлении, нормальном к давлению, с образованием регенерационного цемента.

В позднем катагенезе происходят отжатие воды из глинистого вещества и газовой фазы из органического вещества, дальнейшая его деструкция, диспропорционирование водорода, полимеризация кислых компонентов.

Метагенез

Метагенез, или апокатагенез, - метаморфизация осадочных пород при высоких температурах и давлении, преддверие метаморфизма, или начальный метаморфизм. Его стали выделять недавно, главным образом благодаря работам Н.В. Логвиненко, до которых эти изменения и их производные относились к метаморфизму и метаморфическим породам. Это зона глинистых сланцев, филлитов, крупнокристаллических мраморов.

Температура зоны метагенеза от 150-200 до 374^оС т.е. до критической для воды, когда она даже при высоких давлениях переходит в парообразное состояние и резко усиливает метаморфизм.

Давление меняется от 1500-2000 до 3000-4000 атм., глубина от 5-6 до 15-20 км, возможно до 25 км – в зонах пассивных континентальных окраин с малым тепловым потоком. Пористость практически отсутствует. Объемный вес становится равным удельному.

Основные процессы в метагенезе уже не физико-механические, а физико-химические и химические. Это, прежде всего перекристаллизация глинистых пород – аргиллитов и образование типично метаморфических пород – глинистых сланцев.

Результат метагенеза – пестрая по степени измененности толща: в ней чередуются метаморфические и лишь метаморфизованные осадочные породы.