Диагенез  эвапоритовых  осадков

Мы не будем долго останавливаться на этом вопросе, потому что геология и литология эвапоритовых отложений — это большая, сложная и отдельная область, работа в которой предполагает знания о сложных законах растворимости большого числа специфических минералов в весьма концентрированных водносолевых растворах. Обычно специалисты в области геологии эвапоритов занимаются только этими вопросами. Отметим лишь самое главное, что отражает специфику диагенеза эвапоритовых отложений. Кстати, напомним, что процесс накопления эвапоритов называется галогенезом, а само слово “эвапориты” — означает “продукты испарения”. К ним относятся ангидрит (СаSO₄), гипс(CaSO4•2H₂O), галит (NaCl), сильвин (KCl), карналлит (KMgCl₃•6H₂O), бишофит (MgCl₂•6H₂O), тахгидрит (CaMg₂Cl₆•12H₂O), мирабилит (Na₂SO₄•10H₂O), лангбейнит (K₂Mg₂(SO₄)₃, кизерит (MgSO₄•H₂O), тенардит (Na₂SO₄), эпсомит (MgSO₄• 7H₂O) и др. Это всё — сульфатные и хлоридные соли натрия, калия, магния, кальция. К эвапоритам относятся также хемогенные карбонаты, значение которых среди других карбонатов, по–видимому, не очень велико. (Сейчас полагают, что преобладающая часть карбонатных осадков имеет органогенную природу).

Специфика диагенеза эвапоритов состоит в том, что из–за высокой способности к растворению и повторному осаждению эвапоритовые минералы уже в диагенезе подвергаются крупномасштабным и часто очень сложным изменениям, причём часто трудно определить, какие минералы садились в процессе седиментации, какие образовывались на стадии диагенеза, а какие на стадии катагенеза.

Соляные и сульфатные осадки обладают высокой первичной пористостью (50 %), которая заполнена межкристальной рапой, т.е. тем высокоминерализованным рассолом, из которого выпадал осадок на поверхности и который захоронился вместе с осадком. Соляной осадок представляет собой систему, которая довольно легко уплотняется, однако главным фактором литификации солей является не механическое (гра­витационное) уплотнение, а образование скелетно–каркасных связей между кристаллами соляных минералов, которые выпадают уже в порах осадка, образуя цемент подобно тому, что мы обсуждали при рассмотрении карбонатных отложений. Количество новообразованных диагенетических минералов может быть весьма велико. Например установлено, что при образовании отложений каменной соли (галит) 30–60 % всего галита образуется в результате диагенетической докристаллизации.

Какие же причины кристаллизации минералов в порах соляного осадка? В осадке захороняется тот рассол, из которого выпадал осадок на поверхности и, естественно, изначально находящийся в равновесии с осадком. Кстати, стоит напомнить, что эвапоритовые минералы кристаллизуются, начиная с определ`нной минерализации рассола, или с определённой стадии его сгущения (концентрирования). Например, выпадение гипса начинается при общей минерализации рассола примерно 140–150 г/л, галита — при 280–300 г/л, а сильвина — при 380 г/л. В только что выпавший соляной осадок могут поступить растворы иного состава и иной минерализации по сравнению с имеющимися в осадке. Это может произойти в результате кратковременного и незначительного опреснения бассейна галогенеза, а о существовании таких эпизодов мы судим, хотя бы, по наличию тонких прослоек глинистого вещества в соляных отложениях. Это вещество поступало с континентальным (т.е. речным) стоком. Поступление рассолов с составом, отличным от состава рассола, находящегося в осадке, может произойти в результате отжима в рассматриваемый соляной осадок рассола снизу или сбоку из почти такого же соляного осадка, но другого минералогического состава. В результате физико–хи­мическая система осадка выйдет из равновесия. Начнётся или растворение соляных минералов, что в дальнейшем приведёт к их повторному выпадению (перекристал­лизация), или непосредственная кристаллизация минералов в порах осадка. Очень важным диагенетическим процессом, который имеет существенные практические следствия, является замещение сильвина (главного минерала калийных руд) галитом в результате отжима рассолов галитовой стадии сгущения из осадков каменной соли в сильвинитовый осадок (сильвин – минерал, сильвинит – порода). Это приводит к растворению сильвина (сильвинита) и отложению на его месте галита. Геологам, которые занимаются поиском и разведкой калийных солей, важно знать условия этого процесса и распространение зон замещения сильвинита галитом.

Причинами минералообразования и растворения в соляном осадке могут быть также колебания температуры, от которых сильно зависит растворимость минералов, а также биохимические процессы, связанные с разложением органического вещества, которое часто в обилии захороняется в эвапоритовых осадках (например, восстановление сульфатов с образованием пирита). Важной причиной диагенетических превращений, в первую очередь кристаллизации минералов в соляном осадке, может быть испарение порового раствора при выводе осадка на дневную поверхность при перерывах в осадконакоплении. Такое явление особенно характерно для областей мелководной седиментации, и надприливных равнин (сабкх). Испарение порового раствора приводит к ещё большему его концентрированию и минералообразованию. С такого рода явлением связано образование желваковых (нодулярных) сульфатных пород на сабкхах. В карбонатном осадке, содержащем сгущённую в результате внутригрунтового испарения морскую воду, кристаллизуются не только отдельные кристаллы гипса, но формируются также желваки гипса размером 1–2 см. Их количество может быть столь велико, что осадок, а потом порода представляют собой скопление таких сульфатных желваков, где роль матрицы (былого карбонатного осадка) низведена до минимума. Есть подобные породы и в девоне Беларуси; белорусские литологи называют их ангидритами с текстурой “каменной кладки”(показать рисунок или образец). 

Важным для понимания причин диагенетических процессов в эвапоритовых осадках является и то, что многие эвапоритовые минералы, как мы видели, являются кристаллогидратами, т.е. в их кристаллических решётках содержится кристаллизационная вода. При растворении и кристаллизации минералов и при превращении одного минерала в другой либо кристаллизационная вода (а она чистая — без солей) пополняет поровый раствор и тем самым снижает его минерализацию, либо часть воды из порового раствора используется для построения кристаллических решёток вновь формируемых минералов и при этом минерализация рассола несколько возрастает.

Наиболее распространёнными минералами, способными переходить из одного в другой с потерей или приобретением воды, являются гипс (CaSO₄•2H₂O) и ангидрит (CaSO₄). Известно, что в разрезе земной коры в верхней зоне (примерно до 400–500 м) распространён гипс, а глубже — ангидрит. Но какой минерал выпадает в бассейне галогенеза с самого начала? В современных осадках единственным сульфатом кальция является гипс. Сейчас наиболее распространённая точка зрения состоит в том, что первичной фазой является гипс, затем очень быстро на стадии диагенеза он превращается в ангидрит, и повторное его превращение в гипс может осуществляться при выводе ангидритовых отложений в зону действия пресных инфильтрационных вод.

На стадии диагенеза основные изменения затрагивают основные (породообра­зующие) минералы. Например, с диагенетическими процессами в толщах калийных солей связано возникновение крупных идиоморфных кристаллов галита, сильвина, лангбейнита и других минералов, образующих порфиробласты, формирование радиально–лучистых агрегатов ангидрита, сферолитов полигалита. В этот период возникает весьма разнообразная и яркая цветовая гамма, присущая всем минералам. Наряду с красным цветом можно встретить фиолетовый и синий, на светлом фоне часто выделяется ярко–жёлтый; обычными являются голубой, розовый и сиреневый цвета.

На стадии диагенеза эвапоритовых осадков имеет место образование акцессорных минералов (второстепенных, присутствующих в малых количествах). Кристаллизуются кварц, доломит, магнезит, кальцит, целестин, барит. Чаще всего эти минералы развиваются на тех зародышах, которые образовались ещё на стадии седиментации. Кристаллизация осуществляется в межкристальном пространстве, вблизи пропластков и особенно в самих пропластках терригенного материала. Возникающие диагенетические кристаллы часто идиоморфны, иногда образуют шестообразные и почковидные агрегаты. Как мы уже рассматривали, раньше в эвапоритовых осадках происходит преобразование и новообразование глинистых минералов.