Процессы образования осадочных пород

Осадочные породы широко распространены на поверхности земли. К ним относятся породы, образовавшиеся в результате физического и биологического разрушения и химического разложения ранее существовавших пород, переноса и аккумуляции продуктов разрушения в бассейны седиментации с последующим преобразованием осадка в осадочную породу.

Сразу же после выпадения, особенно в водной среде, на долю которой приходится более 90% осадочных образований, осадок подвергается химическим и минералогическим изменениям. Большое значение в процессах химического преобразования осадков имеют процессы растворения слабоустойчивых минералов — галоидов и карбонатов. Первоначально выпавшие в осадок каменные соли (галит, сильвин, карналлит и др.) могут реагировать с остаточными рассолами, циркулирующими над ними, растворяясь в них и снова выпадая в осадок, что приводит к созданию новых минеральных компонентов. Кроме того, в результате притока более опресненных вод из внешних источников одни минералы замещаются другими, более устойчивыми в изменяющейся соленосной среде.

Совокупность процессов преобразования осадков в осадочную породу называется диагенезом (от греч. диагенезис — перерождение), а возникшие в результате их новообразования — осадочными породами.

В процессе диагенеза идут обезвоживание, цементация и уплотнение осадков.

Обезвоживание происходит в результате выжимания поровой воды из нижних слоев под тяжестью вышележащих осадков. Одновременно происходит процесс дегидратации минералов, богатых водой, их перекристаллизация и удаление из осадка легкорастворимых компонентов.

Цементация проявляется в заполнении порового пространства веществом, которое связывает между собой отдельные компоненты осадка. Выпадение цементирующего вещества может происходить одновременно с образованием самого осадка или же в последующие стадии его преобразования. Наиболее часто в качестве цемента встречается кремнезем в различных модификациях (кварц, опал, халцедон), оксиды железа, карбонаты, фосфаты и др.

Уплотнение (уменьшение объема) первичных осадков обусловлено в основном давлением вышележащих толщ и происходит в результате перекристаллизации, обезвоживания и цементации осадочного вещества. Перекристаллизации подвергаются однородные мелкозернистые осадки, состоящие из легкорастворимых соединений. Характер преобразований при уплотнении в значительной мере зависит от состава первичного осадка, формы и размеров обломков, качества сортировки материалов в осадке, а также от тектонических процессов. Например, кварцевый песок лишь цементируется без заметного изменения состава и размера песчинок, а в тонкообломочных карбонатных илах быстро происходит перекристаллизация с образованием крупных кристаллов кальцита.

В результате уплотнения резко меняются физические параметры за счет изменения пористости. Так, после осаждения некоторых хорошо сортированных крупнозернистых аллювиальных песков их пористость составляет от 40 до 60 %, а в илах, содержащих большое количество тонко рассеянного органического вещества, она может достигать 90%. При возрастании давления вышележащих осадков и перераспределения зерен пористость песков может уменьшаться до 25—30 %, а в образовавшихся из илового вещества глинах — до 30—35 %. В обычных условиях уплотнение протекает путем более тесного соединения обломков. Под воздействием давления вышележащих толщ и тектонических движений обломки минералов в осадке начинают скользить друг по другу, растрескиваться и расщепляться, что приводит к более уплотненной упаковке.

В конечном итоге все процессы, совершающиеся во время диагенеза, приводят к потере осадками рыхлости и пластичности и превращению их в твердую окаменевшую горную породу. Подвижные пески превращаются в песчаники, терригенные илы — в глины, солевая рапа — в каменную соль, гумусовые образования — в торф, карбонатные илы — в известняки. Скорость процесса диагенеза весьма разнообразна и зависит от интенсивности аккумуляции осадков, их состава, от изменения физико-химических и термодинамических условий среды осадконакопления.

Значение процессов диагенеза исключительно велико для создания осадочных горных пород и слоистой осадочной оболочки земной коры. Благодаря перераспределению осадочного вещества в процессе диагенеза происходит концентрация полезных ископаемых, возникают месторождения железа, марганца, алюминия, серы, фосфоритов, углей и т. д.