30.04.2018

Унифицированная схема процесса доломитизации


Среди доломитов выделено три типа пород, которые были названы сингенетическими, диагенетическими и эпигенетическими. Такая классификация позволяет упорядочить описание доломитов и облегчает генетические интерпретации. Однако следует помнить о том, что природа не терпит искусственных барьеров и что при региональном исследовании могут встретиться вместе все три типа доломитов, которые в действительности будут генетически связаны между собой. Это особенно справедливо для сингенетических и диагенетических доломитов. Сущность генезиса этих трех типов доломита одна и та же: все они своим происхождением обязаны высококонцентрированным рассолам. Случайно доломиты могут образоваться другими путями, о чем свидетельствуют доломиты, генезис которых связан с деятельностью бактерий; однако, по-видимому, можно с уверенностью говорить о том, что образование всех залежей доломита (исключая переотложенные породы), которые зафиксированы в геологической летописи, связано с условиями испарения.

Итак, все доломиты, будь то сингенетические, диагенетические или эпигенетические, образуются в результате воздействия или реакции высококонцентрированных рассолов. Поэтому в генетическом отношении эти рассолы обусловливают лишь незначительные различия между доломитами, образующимися в таких осадочных обстановках, какие были описаны в одном из предыдущих разделов (сингенетические доломиты, фациально замещающиеся известняками), например ордовикскими доломитами штата Нью-Йорк, США, и доломитами, образование которых связано с позднепенсильванскими разломами в более древних ордовикских известняках, как это было описано в разделе, посвященном эпигенетическим доломитам. В обоих этих крайних типах отложений доломиты обязаны своим происхождением высококонцентрированным рассолам.

Сильное осолонение вод может произойти в результате: 1) концентрации ионов вследствие испарения морской воды либо в прибрежных пористых отложениях, либо с поверхности водной массы; 2) концентрации ионов вследствие испарения пресной воды, например в межгорных бассейнах и 3) подземных процессов (природа их не совсем ясна), которые обусловливают увеличение минерализации вод путем диффузии, мембранной фильтрации или другими способами. Величины солености (или содержания хлора) рассолов, из которых на побережье Персидского залива осаждаются сингенетические доломиты, попадают в пределы величин солености (или содержаний хлора) подземных вод, еще не подвергшихся разбавлению пресными водами. Следовательно, и в подземных условиях имеются источники рассолов для образования диагенетических и эпигенетических доломитов.

Осолонение вод в прибрежно-морских обстановках и в межгорных бассейнах может произойти в результате «капиллярной концентрации» или «отлива», описанных выше в разделе о современных и плейстоценовых доломитах. При «капиллярной концентрации», обусловленной преобладанием испарения над осадками, интерстициальные воды подтягиваются кверху через пористые прибрежные отложения и испаряются у дневной поверхности. Этот процесс сходен с процессом образования каличе. Вследствие испарения у поверхности выпадает доломит и увеличивается концентрация неиспарившейся воды. О реальности этого процесса свидетельствует факт образования доломита в виде каличе. В грабене Солт-Флат в западном Техасе доломит осаждался на дне озера в виде осадочных слоев и по краям озера в виде каличе. При «отливе путем просачивания», концепция которого разработана Кингом, Скратоном и Адамсом и Родсом, рассолы возникают, как и при «капиллярной концентрации», в участках, где испарение превышает сумму осадков и стока дождевых вод. В результате испарения понижается уровень воды на отмелях и увеличивается ее концентрация и плотность. Образующиеся тяжелые рассолы опускаются на дно и по склонам отмели стекают в море. Запас вод пополняется за счет поверхностного притока свежей морской воды, который осуществляется вследствие восстановления гидростатического уровня океана, тогда как противоположно направленный сток на глубине обусловлен разной плотностью рассола и нормальной морской воды. Если этот обратный поток (отлив) рассола в море будет прегражден такими природными барьерами, как рифы или пороги, он будет стекать в наиболее низкую точку дна депрессии и медленно просачиваться через подстилающие осадки, обусловливая их постепенную доломитизацию. Результаты исследований на Бонайре, Малые Антильские острова, в значительной мере свидетельствуют в пользу гипотезы Кинга — Скратона — Адамса — Родеса. В грабене Солт-Флат имеются признаки деятельности отлива при образовании доломита, однако последний здесь осаждался непосредственно из рассолов, а не посредством доломитизации более ранних донных осадков. Эти данные требуют некоторого развития гипотезы «отлива» для того, чтобы ее можно было применять в одинаковой мере при объяснении доломитизации донных осадков и осаждении доломита непосредственно из рассола.

Считают, что воды в погребенных отложениях, обусловливающих образование многих диагенетических и всех эпигенетических доломитов, представляют собой остатки морской воды, захваченной осадками во время их накопления. Постседиментационные диагенетические процессы в водах увеличивают их концентрацию и образуют рассолы с соленостью, аналогичной доломитизирующим рассолам в осадочных обстановках, например у побережья Персидского залива. Данные химических исследований наводят на мысль о том, что некоторые из этих вод вследствие уплотнения отложений переместились на расстояние в несколько сотен миль в направлении наименьшего сопротивления. Разломы и трещины отдельности служат проводящими каналами для рассолов; поэтому в известняках доломитизация протекает в зонах разломов и трещин и смежных с ними участках. К такому заключению можно прийти независимо несколькими путями: доломитизация, приуроченная к разломам, была обусловлена рассолами с тяжелым изотопным составом (Фридмен, неопубликованные данные; см. раздел «Эпигенетические доломиты»), подземные воды, не разбавленные пресными метеорными водами, имеют такую же соленость, при которой в осадочной обстановке происходит доломитизация, хотя запасы магния в этих рассолах истощаются. В течение некоторого времени исследователи геохимии подземных вод отмечали, что магний удаляется из рассолов в виде доломита.

Для того чтобы протекала доломитизация, отношение Mg/Ca должно возрасти от величины этого отношения в морской воде до величины отношения больше той, которая характеризовала бы равновесное состояние раствора по отношению как к кальциту, так и к доломиту. Возрастание отношения Mg/Ca в рассолах Деффейес и соавторы объясняют удалением кальция в виде гипса; Бернер поддерживает эту интерпретацию. Повышенное отношение Mg/Ca обычно способствует превращению кальцита или арагонита в доломит путем следующей реакции:
Бернер предполагает, что доломитизация известкового органогенного материала на Тихоокеанских атоллах осуществилась путем этой реакции и что, оказавшись погребенным ниже зоны циркуляции рассола, гипс, вероятно, снова растворился в интерстициальных водах. Эта гипотеза до известной степени подтверждается наблюдениями в грабене Солт-Флат в западном Техасе, хотя в отношении сульфата она требует некоторых изменений. Как было показано, в грабене Солт-Флат деградация гипса генетически связана с образованием доломита. Доломит и гипс образуют антагонистическую пару минералов. Образование доломита требует: 1) наличия растворов с концентрацией рассолов, о чем свидетельствует обогащение доломита тяжелыми изотопами, 2) восстановления сульфата гипса до H2S, сульфидов железа и самородной серы, с возможным присутствием кальцита в качестве побочного продукта, образующегося совместно с доломитом, и 3) увеличения отношения Mg/Ca в рассоле в результате осаждения гипса или арагонита. Самородная сера, вероятно, удалялась в результате растворения. В тех местах, где образуется много доломита, гипс представляет несущественную фазу, хотя продукты его деградации развиты очень широко.

В Мертвом море гипс осаждается непрерывно, причем его количество находится в прямой зависимости от температуры. Когда температуры становятся настолько высокими, что уменьшение содержания CO2 в воде вызывает обогащение воды тяжелыми изотопами и нарушает химическое равновесие, происходит массовое осаждение арагонита. Этот процесс сопровождается резким уменьшением содержаний HCO3-, SO4в2- и кислорода в рассолах, что свидетельствует об одновременном образовании арагонита и гипса. Несмотря на это, содержание SO4в2- вскоре становится снова прежним, так как кристаллический гипс восстанавливается на глубине в результате бактериальной деятельности до H2S, а близ поверхности H2S рассола снова окисляется с образованием сульфат-ионов. Содержание HCO3- лишь постепенно восстанавливается после массового осаждения арагонита. Массовое осаждение арагонита в Мертвом море происходит во время интенсивного испарения примерно каждые пять лет, тогда как гипс осаждается непрерывно. В грабене Солт-Флат гипс, вероятно, также осаждался непрерывно. Несмотря на то что гипс в Мертвом море осаждается повсюду, сохраняется он преимущественно лишь у побережья, где имеется достаточное снабжение кислородом. Ниже приливной зоны гипс большей частью разлагается бактериями; образующийся H2S восстанавливает Fe2O3 в осадках и суспензии, что приводит к потемнению осадков и образованию слоев темного цвета. Другие исследования показали, что гипс отлагается по краям бассейна, а черные осадки, образовавшиеся за счет сульфатов, встречаются в более глубоких участках. Следовательно, доломиты в грабене Солт-Флат, окрашенные в черный цвет благодаря сульфидам железа и продуктам восстановления гипса, вероятно, образовывались в то время, когда озеро было более глубоким, а гипс восстанавливался путем бактериального разложения. Таким образом уровень озера все время изменялся в связи с периодическими обводнениями в аридных районах. Гипс осаждался непрерывно, как и в Мертвом море, и когда уровень озера понижался, он отлагался на дне. После обводнения озера вследствие притока вод интенсивное испарение увеличивало в его окраинных частях концентрацию и удельный вес рассолов. Эти рассолы стекали в более глубокие участки озера, где осаждался доломит, обогащенный тяжелыми изотопами, а гипс восстанавливался в результате бактериального разложения.

Такой процесс, включающий образование доломита из тяжелых рассолов и восстановление и частичное или полное разложение гипса, вероятно, обычно протекает в местах образования доломита в более глубоких водах. Гипс участвует в образовании доломита, хотя и разлагается; поэтому следует в другом виде представить механизм доломитизации Тихоокеанских атоллов, предложенный Бернером и требующий растворения гипса после его погребения ниже зоны циркуляции. В Тихоокеанских атоллах сульфат, вероятно, восстанавливался в результате бактериальных процессов в пределах зоны циркуляции рассола.

В грабене Солт-Флат в западном Техасе, как упоминалось, образование доломита связано с обоими процессами — «капиллярной концентрацией» и «отливом», причем первый процесс протекал на побережье, второй же — в центральной части бассейна.

Интересно поразмыслить над таким вопросом: почему в грабене Солт-Флат образовался доломит, а в Мертвом море — арагонит? Данные по Мертвому морю наводят на мысль о том, что содержание кальция, который удаляется в результате непрерывного осаждения гипса, вероятно, восстанавливается. Нив показал, что рассолы в Мертвом море постепенно обогащаются магнием. Во время побеления Мертвого моря в 1959 г. содержание кальция в море понизилось и восстановилось полностью в течение последующих трех месяцев. Однако отношение Mg/Ca выполнявшихся Нивом в продолжение двухлетнего периода определений не отклонялось значительно от величины этого отношения в морской воде. Образование доломита в грабене Солт-Флат свидетельствует о резком возрастании этого отношения. Неизвестно, образовывался ли здесь арагонит или нет в качестве промежуточного продукта. Данные, приведенные в разделе по современным и плейстоценовым доломитам, указывают на то, что в некоторых местах арагонит получается в качестве промежуточного продукта, но нельзя с уверенностью сказать, что так бывает всегда.

Считают, что эпигенетическая доломитизация аналогична предполагаемому процессу образования доломитов в грабене Солт-Флат. Подземные формации вод обедняются ионами SO4в2- и Mg2+, что опять-таки указывает на участие сульфатов в процессе образования доломита. В течение доломитизации сульфаты, вероятно, восстанавливаются бактериями и извлекаются в виде H2S. То, что залежи свинцовых и цинковых руд обычно ассоциируются с эпигенетическими доломитами, заставляет пересмотреть традиционно принимаемую гипотезу гидротермального генезиса этих руд.

Итак, к образованию доломита ведут два главных процесса: «капиллярная концентрация» и «отлив». Если первый процесс возможен на незаливных и заливных зонах или в краевых частях бассейна, то второй протекает в более глубоководных условиях. Поэтому следует с осторожностью подходить к интерпретации всех сингенетических доломитов, как образований незаливных или заливных зон. Доломит — эвапоритовый минерал, и большинство доломитов — сингенетические, диагенетические и эпигенетические — образуется с помощью рассолов.





Яндекс.Метрика