Типізація постседиментаційного породоутворення. Типи катагенезу

Проблема типізації постседиментаційного породоутворення особливо актуальна за сучасного генетичного підходу до дослідження осадових комплексів та пов’язаних з ними корисних копалин. Упродовж останніх 15 років до неї виявляли підвищений інтерес А. Косовська, В. Шутов, Г. Каледа, Є. Карнюшина, А. Лисицин, Н. Логвиненко, А. Лукін, В. Лук’янова, Є. Бро, Ю. Мазор, А. Махнач, З. Ронкіна, І. Симанович, Б. Соколов, В. Холодов, В. Шванов, О. Япаскурт та ін.

У цій проблемі можна виокремити три типи питань, по суті, взаємопов’язаних.

• По-перше, типізація утворень ранньої стадії літогенезу, тобто діагенезу.
• По-друге, типізація постдіагенетичних утворень, які належать до стадій регіонального епігенезу, або катагенезу, а також метагенезу.
• По-третє, питання, які пов’язані з визначенням межі між різнотипним катагенезом (регіональним епігенезом) та метаморфізмом осадових порід.

Питання першого типу докладно розглянуті Н. Логвиненком та ін. Учені описали геохімічні моделі п’яти типів діагенезу теригенних, карбонатних та кременевих відкладів стосовно певних ландшафтних зон у різнотипних басейнах седиментації. Уявлення про залежність від кліматичних та фаціальних умов седиментації таких важливих чинників діагенезу, як кількість та якісний склад розсіяних або сконцентрованих в осаді органічних речовин, склади інших седиментогенних компонентів (кластогенних, хемогенних, біогенних), мулових вод і розчинених у них газів описано в працях М. Страхова (1960) та Ж. Милло (1968).

На початку вивчення постдіагенетичного літогенезу недопустимо абстрагуватися від зазначеного вище (як часто відбувається на практиці), бо процеси катагенезу та метаморфізму не можна по-справжньому пояснити окремо від пізнання попередніх процесів перетворення осаду в породу. Передусім це стосується багатьох спроб петрохімічних реконструкцій складу дометаморфічних давніх осадів, які відбуваються без належного врахування даних про те, що в передметаморфічну стадію катагенезу залучалася речовина, яка тою чи іншою мірою була перетворена.

В. Шванов (1989) звернув увагу на те, що сама міра залежності діагенетичних перетворень осадового матеріалу від ландшафтно-кліматичних умов перебуває в складних зв’язках з іншими умовами: темпами осадонагромадження, ступенем його переривчастості або безперервності, швидкостями занурення ложа осадового басейну з синхронними осадонагромадженню та постседиментаційними тектонічними режимами.

Взаємозв’язок літогенезу та тектогенезу у ще в 50-70-х роках ХХ ст. розглядали А. Косовська, В. Шутов, Г. Каледа та інші, які зазначали про суттєвий вплив тектоніки на кінцеві підсумки перетворення відкладів. І сьогодні цей аспект досліджень є далеко не вичерпаним. Фактичні матеріали насичують його новим змістом. Виявляється, що в осадових басейнах певного типу тектогенез здатний відсунути на другий план ознаки кліматичного впливу на початкове породоутворення, суттєво їх камуфлюючи. Такі приклади можна знайти у працях про літогенез міосинклінальних теригенних формацій.

У складі згаданих формацій важливе місце посідають відклади високоущільнених автокінетичних потоків, які формували системи долинно-віялових конусів винесення на периферії авандельт та біля підніжжя каньйонів в окраїнно-континентальних морських басейнах улоговинного типу. Темпи осадонагромадження в таких тектонічно мобільних умовах відповідають поняттю лавинної седиментації. Властиві їм специфічні умови формування, а саме: мобілізація величезних мас полімінеральних кластогенних компонентів з великих площ живлячих провінцій та лавинні швидкості поховання в підводних конусах винесення зумовили незавершеність діагенетичної стадії за сприятливих кліматичних умов. Зі швидким вилученням осаду із зони діагенетичних перетворень углиб стратисфери його компонентний склад не встигає досягнути мінералогічно рівноважного стану.

У цьому випадку полімінеральна, сильно обводнена, насичена окисненою органікою речовина, яка потрапляє у напружені термобаричні умови зони катагенезу, є ідеальним реакційноздатним середовищем. Таке середовище сприятливе для елізійних процесів з багатоетапним вивільненням Н₂О і SiO₂ (у тому числі завдяки трансформаціям смектитів у гідрослюду або хлорит), з масовим гідролізом седиментогенних, розсіяних у теригенному осаді карбонатів та витисканням у розчини багатьох елементів-домішок, які містяться в складі кластогенних мінералів.

Однак процеси постдіагенетичних перетворень відбуваються в міогеосинклінальних флішоїдних формаціях своєрідніше, ніж у моделі класичного елізійного катагенезу (за В. Холодовим, 1983) унаслідок частого розшарування глин алеврито-піщаними породами. Тут алеврито-піщані породи бувають не лише пасивними колекторами алохтонних газоводних флюїдів. Пісковики самі стають генераторами багатьох необхідних для аутигенного мінералоутворення речовин.

Нагадаємо основоположні принципи дослідників інших осадово-породних басейнів, які пропонували генетичні типізації постдіагенетичного літогенезу. Уся різноманітність розроблених досі класифікаційних схем зводиться, як зазначив А. Махнач (1989), лише до однієї з трьох груп схем залежно від обраного за класифікаційну основу провідного чинника породоутворення:

1. термобаричного,
2. гідрохімічного,
3. обох.

З перелічених підходів перший був, а для багатьох дослідників (особливо у нафтовій геології) і досі є основоположним. Другий підхід, запропонований В. Холодовим (1983) та його послідовниками, є принципово новим та перспективним, особливо для пояснення причин і закономірностей локалізації багатьох видів металевих корисних копалин. В. Холодов наголошував, що гідрогеологічний аспект проблеми катагенезу тривалий час був не розробленим. За його визначенням, стадія катагенезу перед геологами стала як етап складних взаємодій вод, осадових та вулканогенно-осадових порід, розсіяної органічної речовини і різноманітних газів за умов фізико-хімічних параметрів (Р, Т), які змінювалися і значення яких коливалися від 25 до 300 °С та від 0,1 до 300 МПа. Запропонований ученим для стадії катагенезу класифікаційний принцип ґрунтується на врахуванні режиму та гідрохімії підземних вод в осадово-породних басейнах.

Виділені типи катагенезу:

• інфільтраційний,
• гравітаційно-розсільний,
• елізійний
• змішаний.

Ознаки інфільтраційного типу зводяться до того, що пласти-колектори (пісковики або карбонатні породи) стають головним об’єктом для геохімічних реакцій, а глинисті покришки, які розділяють їх, набагато слабше відображають ті перетворення, які розвинуті в колекторах під дією пластових вод.

Гравітаційно-розсільний (або галокатагенез) розвивається внаслідок іонообмінних реакцій між породами та міжкристальною водою, яка в них просочується з соленосних відкладів.

В елізійному катагенезі головним процесом є внутрішній перерозподіл газоводних флюїдів, їхній перехід з глин у пісковики або тектонічні тріщини, унаслідок чого склад мінералоутворювальних розчинів формується під час занурення та постседиментаційного перетворення глинистих товщ, а породи-колектори лише відображають склад розчинів, які надійшли в них з глин.

Змішаний тип зі складним поєднанням ознак інфільтраційних та елізійних систем властивий басейнам зі складними чергуваннями різнотипних гідрогеологічних режимів упродовж довгої історії їхнього формування (Лено-Вілюйська синекліза, Західносибірська область та ін.).

В. Холодов зробив такий важливий крок у розвитку цієї типізації. Він проаналізував особливості елізійного катагенезу в специфічних низькотемпературних глибинних умовах Південнокаспійського басейну породоутворення (1990). Був намічений шлях до конкретного синтезу даних про термобаричні та гідрохімічні умови літогенезу. А. Махнач (1989, 2000) уважає цей напрям досить перспективним. Він запропонував детально пророблені на конкретних геологічних об’єктах (переважно в платформних, рифтогенних тектонічних западинах) моделі процесів різнотипного катагенезу, з яких можна одержати обґрунтування закономірностей локалізації багатьох видів корисних копалин. Вибраний ученим шлях класифікування продуктів катагенезу полягає в аналізі дії на осадові породи підземних вод різного походження, які, як наслідок, розрізняли за мінералізацією, іонним та газовим складом. Виявлені таким способом таксони процесів (типи, класи, родини та ін.) дослідник поєднав в еволюційні ряди, які характеризують загальні напрями геологічного розвитку осадового басейну. Завдяки цьому гідрохімічний аспект, який враховують разом з іншими чинниками, одержав пріоритетне класифікаційне значення: “Методологічною основою концепції є розгляд арен катагенезу як водоносних систем на противагу традиційному підходу до цих арен як літологічних одиниць (формацій, товщ, горизонтів)”.

Отже, комплексний шлях до пізнання генетичної суті літогенезу визначено. Проте зі зростанням нашої інформованості в галузі стадіальних досліджень виникає парадоксальна ситуація: не зменшуються, а зростають неузгодження під час спроб порівняти різні схеми типізацій літогенезу на конкретних природних об’єктах, особливо там, де ми звертаємося до міжрегіональних кореляцій або ж до порівняння перетворень органічної речовини та вміщених порід. Узгодження різних схем або даних щодо різних басейнів можливе поки що в загальних рисах – стосовно дрібномасштабних побудов. Однак такий стан проблеми є природним та неминучим, тому що будь-яка схема літологічних новоутворень, створювана на генетичній основі, ґрунтується лише на одному або двох класифікаційних критеріях, тоді як насправді літогенез багатофакторний. А тому будь-яке вихідне уявлення про перевагу будь-якого окремо вибраного чинника літогенезу спричинить дедуктивну побудову, у яку дослідник неминуче привнесе елементи суб’єктивізму.

З огляду на це віддаємо перевагу таким типізаціям, які ґрунтуються на будь-якій ознаці, яка інтегрує вплив якщо не всіх, то принаймні більшості різнорідних дій на єдину породу. Цьому критерію відповідає тип конкретного тектонічного режиму. Ним передусім зумовлено багато особливостей екзогенної седиментації, а також активізація глибинних флюїдних потоків, термальних, стресових та інших (часто ще не пізнаних і недоступних для прямих спостережень) чинників у стратисфері, які чинять сумарний вплив на весь перебіг літогенетичних процесів та на їхні кінцеві результати. Водночас є і зворотні зв’язки, тобто вплив згаданих процесів на формування породних дислокацій, а в певних умовах навіть на перетворення всього породного басейну в складчасту систему. Обґрунтування цього наведені в експериментально-теоретичних розробках М. Гончарова (1988). Зі сказаного не випливає твердження про обов’язкову універсалізацію літогенезу тільки за тектонічним принципом. Схеми, створені на будь-якій іншій основі, не втрачають актуальності. Навпаки, вони дуже потрібні для того, щоб у разі застосування їх разом до однакових природних об’єктів глибше осягнути механізми багатопричинних процесів породоутворення (та рудоутворення в тому числі).