ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД

ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ГЛИНИСТЫХ ОСАДКОВ НА СТАДИИ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ

    Первичные структуры в глинистых породах формируются в результате процесса сноса и осаждения минеральных частиц в водных бассейнах. Структурообразование в глинистых коллоидных системах начинается с процессов их агрегации и коагуляции в водной среде. Под агрегацией понимают процесс образования укрупненных структурных элементов в результате слипания первичных глинистых частиц, потерявших устойчивость. Он развивается в разбавленных глинистых суспензиях и не приводит к их объемному структурированию. Коагуляция - процесс взаимодействия первичных частиц или их ассоциаций (ультрамикроагрегатов, микроагрегатов и агрегатов) в концентрированных глинистых суспензиях или осадках с образованием сплошной объемной структуры из твердой фазы.
    Общие закономерности процесса структурообразования глинистых осадков сводятся к следующему [2].

    Микроструктуры природных глинистых осадков водного генезиса отличаются большим разнообразием. На рис. 1, а-в (стадии 1, 2 ) показаны основные схемы формирования коагуляционных микроструктур природных глинистых осадков, а на рис. 2 приведены растровые электронно-микроскопические (РЭМ) фотографии соответствующих им глинистых осадков.   

Рис. 1. Схема трансформации микроструктуры глинистых пород при прогрессивном литогенезе. *

    При осаждении тонкодисперсных частиц глинистых минералов в соленых морских бассейнах, вода в которых проявляет слабощелочную реакцию, идут интенсивная агрегация первичных частиц и формирование очень рыхлого осадка с общей пористостью до 90%. В этих условиях образуются породы (морские илы) с ячеистой микроструктурой (рис. 1, а, стадии 1, 2 ; рис. 2, а). Механизм формирования подобной микроструктуры обусловлен подавлением в высококонцентрированном соляном растворе одноименно заряженных двойных электрических слоев [1, 4] вокруг гидратированных глинистых частиц и возрастанием сил молекулярного притяжения, что и приводит к коагуляции глинистой суспензии. В результате между частицами и их микроагрегатами образуются дальние коагуляционные контакты типа базис-скол и скол-скол. Характерной морфологической особенностью микроструктуры подобных глинистых осадков является наличие однородной и изотропной объемной структурной сетки. Основные структурные элементы данной микроструктуры - поры-ячейки, размер которых определяется минеральным составом, концентрацией электролита и его pH. Стенки ячеек сложены листообразными микроагрегатами глинистых частиц.
    При осаждении глинистого вещества в пресных бассейнах формируются максимально диспергированные и более плотные коагуляционные микроструктуры, чем в соленых бассейнах. Большую роль в данном процессе играет pH раствора. В нейтральных и кислых условиях вследствие взаимодействия разноименно заряженных базальных поверхностей и торцов глинистых частиц возможно формирование тонкодисперсных ячеистых микроструктур, аналогичных сформированным в морских условиях (рис. 1, а, стадии 1, 2 ; рис. 2, б ). По сравнению с морскими осадками данная микроструктура более плотная (пористость до 65%).
    При осаждении глинистого материала в пресных слабощелочных водах при условии максимальной стабилизации частиц возможно формирование более плотной тонкодисперсной ламинарной микроструктуры [1, 3]. Подобная микроструктура встречается у молодых озерно-ледниковых глин (рис. 1, б, стадии 1, 2 ; рис. 2, в). Она сложена преимущественно листообразными микроагрегатами глинистых частиц, хорошо ориентированных по напластованию. Между микроагрегатами формируются ближние коагуляционные контакты типа базис-базис или базис-скол под небольшим углом, но их прочность меньше, чем в морских илах. Важной морфометрической особенностью микроструктур глинистых осадков является то, что большую часть порового пространства в них (до 95% от общей пористости) составляют крупные и мелкие межмикроагрегатные микропоры.   

Рис. 2. Микроструктура современных природных глинистых осадков...

    При осаждении более грубозернистого материала в водной среде идет формирование коагуляционных микроструктур скелетного типа [1, 3]. Хотя пылеватая и песчаная фракции в подобных породах в основном представлены кварцевыми зернами, покрытыми глинистыми рубашками, эти структурные элементы обладают довольно высокой физико-химической активностью. Поэтому основными факторами, контролирующими формирование грубодисперсных песчано-пылеватых осадков, так же как и для глинистых, будут концентрация электролита и pH жидкой фазы. Как видно из рис. 1, в (стадии 1, 2 ) и рис. 2, г, при осаждении пылевато-глинистого материала в соленой морской воде формируется более рыхлая микроструктура (n=45%), однако между структурными элементами преобладают ближние коагуляционные контакты. Осадок, сформировавшийся в пресных условиях, имеет более плотную микроструктуру (n=36%). В поровом пространстве обеих микроструктур преобладают крупные межмикроагрегатные и межзернистые микропоры.
    Рассмотренные примеры показывают, что уже на стадии осадконакопления в зависимости от условий осаждения осадка формируются коагуляционные микроструктуры нескольких типов. Различия в строении исходного глинистого осадка определяют многообразие способов трансформации его микроструктуры при литогенезе (процесс, связанный с образованием и последующим превращением осадка в породу и ее дальнейшими изменениями).

* а - соленый бассейн, преобразование глинистого вещества, б - пресноводный бассейн, преобразование глинистого вещества, в - соленый бассейн, преобразование пылеватого вещества; 1 - агрегация и осаждение глинистых частиц, 2 - микроструктура современного осадка на стадии осадконакопления, 3, 4 - микроструктура на стадии раннего, среднего и позднего диагенеза, 5 - микроструктура при катагенезе, 6 - микроструктура при метагенезе.

Следующая страница