Лекция 6. Формирование коллекторских свойств в диагенезе

Диагенез — ранняя стадия преобразования осадка, а именно превращение его в осадочную породу. Это этап физико-химического уравновешивания осадка, представляющего собой первоначально неравновесную физико-химическую систему, сильно обводненную и богатую ОВ, как живым (бактерии), так и мертвым. Н. М. Страхов выделяет два этапа минералообразования :

• 1. окислительный, когда возникает глауконит, фосфаты, цеолиты, иногда глобулярный опал, оолиты;
• 2. восстановительный, когда генерируются карбонаты, фосфаты, силикаты и сульфиды Fe, Pb, Zn, Cu и др. тяжелых металлов, карбонаты и фосфаты Mn.

Вместе взятые эти процессы представляют собой ранний диагенез.

Однако генерацией диагенетических минералов процесс уравновешивания в осадках не заканчивается. Пестрота физико-химической обстановки в разных частях осадка приводит к тому, что диагенетические минералы, вначале распределенные в осадке более или менее равномерно, начинают уходить из одних мест и создавать сгущения в других (линзы, конкреции, пластообразные сгущения и т. д.). Возникают кальциевые, доломитовые, сидеритовые, кремневые, пиритные и др. стяжения. Время их генерации является этапом позднего диагенеза. И в раннем и в позднем диагенезе уменьшается количество иловой воды путем отжимания ее вверх и в сторону более проницаемых горных пород. Осадок в некоторой степени литифицируется, но слабо и лишь локально, пятнами. Сплошная литификация достигается на более поздних стадиях.

Влияние диагенетических процессов на формирование полезной емкости не является однозначным.

Основные процессы стадии диагенеза, приводящие к уменьшению пустотного пространства породы:

• — дегидратация осадка; уплотнение;
• — перекристаллизация;
• — аутигенное минералообразование в результате взаимодействия составных компонентов осадка с иловыми (поровыми) водами и ОВ. Проявляются в кальцитизации, сульфатизации, окремнении, засолонении и др.

Основные процессы стадии диагенеза, приводящие к увеличению порового пространства породы:

• — образование трещин диагенетического происхождения;
• — частичное растворение компонентов осадка при воздействии СО2, образующегося в результате разложения ОВ.
• — отдельные процессы аутигенного минералообразования.

Уплотнение осадков. Диагенез — это прежде всего уплотнение и обезвоживание осадков под возрастающей нагрузкой отложений более молодого возраста. В зависимости от структуры и состава осадков уплотнение имеет свои особенности (рис.с 20 Бурлин, Конюхов). Быстрее всего уплотнение достигается в вулканогенных и карбонатных кластических осадках, продолжительнее этот процесс в песках и алевритах терригенного состава и кремнистых осадках биогенного происхождения и наиболее продолжителен в глинистых осадках. Только что накопившийся осадок имеет невысокую плотность. У глинистых илов она может составлять 1,2−1,3 г/см³, плотность песчаных и алевритовых осадков, накопившихся в водной среде — 1,5−1,7 г/см³, а образовавшихся на суше — 1,3−1,4 г/см³. К концу стадии диагенеза вследствие перегруппировки частиц, отжатия воды и других процессов плотность глинистых осадков возрастает до 1,6−1,8 г/см³, песчаников — до 1,7−1,9 г/см³. Подобное явление происходит и с другими осадками.

Кластические осадки обычно уплотняются быстрее других. Слагающие их зерна соприкасаются друг с другом, создавая основу породы с компактной упаковкой зерен. Более тонких материал заполняет поры или образует базальный цемент. Как только создается каркас будущей породы, он начинает воспринимать не только геостатическую нагрузку, но и давление вышележащей среды. Поэтому дальнейшее уплотнение происходит еще быстрее.

Дегидратация и гидратация осадков. Осадки, возникшие в водной среде, содержат большое количество воды (до 75−85%). В процессе их уплотнения вода отжимается и обычно перемещается в вышележащие слои. К концу стадии диагенеза из осадка удаляется до 50% исходного количества воды. Осадки, образовавшиеся в воздушной среде, получают влагу из подстилающих отложений за счет диффузии или же из окружающей среды в виде атмосферных осадков.

Кристаллизация и перекристаллизация. Кристаллизация исходного материала осадков, представленного первоначально в большей частью коллоидами, сопровождается уменьшением его удельной поверхности, адсорбционной способности, что в конечном итоге придает системе большую устойчивость.

Кристаллические образования (кальцит, доломит, сульфаты, галоиды и др.) в стадию диагенеза могут перекристаллизовываться. Этому способствует беспорядочное расположение отдельных кристаллических индивидуумов, наличие дефектов в кристаллических решетках и высокая поверхностная активность соединений (за счет большей дисперсности). Наиболее интенсивно должны перекристаллизовываться тонкозернистые, однородные (лишенные примесей) осадки.

Минеральное новообразование. Процесс широко развитый в осадках. Новые минералы могут возникать в результате реакций между неустойчивыми (в конкретной физико-химической обстановке) минеральными и органическими частями осадка, а также с находящимися в нем жидкой и газообразной фазами, или же при взаимодействии между последними Стадия диагенеза завершается превращением осадка в осадочную породу. Следует заметить, что не всегда по внешним признакам можно отличить породу от осадка. Например, современный песок-осадок и ископаемый песок-порода по внешним признакам могут быть одинаковыми. В связи с этим принято считать, что стадия диагенеза заканчивается с прекращением жизнедеятельности организмов и достижением физико-химического равновесия в осадке. Продолжительность стадии диагенеза колеблется в широких пределах, в зависимости от скорости достижения равновесия в осадке и может составлять десятки и даже сотни лет. Мощность зоны диагенеза осадка также зависит от скорости наступления равновесия между осадочными компонентами. В изначально равновесных системах (например, чистые кварцевые пески) она может составлять единицы метров. Напротив, в многокомпонентных осадках мощность зоны диагенеза может достигать 100 м и более.