Skały węglanowe - przeobrażenia diagenetyczne osadów węglanowych
Przeobrażenia diagenetyczne - te zmiany, które zachodzą w osadzie od momentu jego depozycji aż po przeobrażenia metamorficzne. Zmiany metamorficzne 200oC, ciśnienie 600 kbar.
Przeobrażenia diagenetyczne:
geometryczne - zbliżanie się ziaren do siebie, uzyskanie lepszego upakowanie
mineralne - powstawanie nowych faz mineralnych i przeobrażenia już istniejących
Wśród przeobrażeń diagenetycznych skał węglanowych wyróżniamy:
cementacje
mikrytyzację
przekryzstalizowanie
dolomityzację
tworzenie się gruzów, konkrecji, stylolitów
Cementacja
Proces bardzo intensywny. Rozpoczyna się z momentem depozycji osadu, ponieważ skały węglanowe w dużej części są osadami chemicznymi - środowisko przesycone CaCO3, bardzo szybko się wytrąca, tworząc spoiwo - cement. Wyróżniamy dwa typy cementu:
cement A - cement obrastający - wokół ziaren osadu narasta palisada, która może tworzyć zamknięty okrąg albo być częściowo wytrącony
cement B - tworzy się później, zajmuje miejsce między składnikami otoczonymi przez cement typu A; tworzy się ziarnisty cement krystaliczny
Warunkiem niezbędnym dla wytworzenia się cementu jest obecność wód porowych.
Inny podział cementu dotyczy chemizmu - mineralogii:
cement aragonitowy
cement z wysokomagnezowego kalcytu
cement czysto kalcytowy
Rodzaj cementu z punktu widzenia morfologicznego jak i rodzaj cementu z punktu widzenia mineralogicznego są bardzo ważnymi wskaźnikami środowiska, w którym zachodziła diageneza.
Skały węglanowe są często kolektorami węglowodorów - ropy naftowej i gazu ziemnego. Oglądając próbki czy preparaty mikroskopowe, można określić, czy jest to skała, która może być kolektorem węglowodorów czy nie. Wszystko związane jest z fazami diagenezy.
Mikrytyzacja
Powstawanie mikrytu w szczególny sposób. W osadach węglanowych bardzo często występują twarde fragmenty organizmów, a w nich znajdują się kanaliki drążone przez skałotocze. Skałotocza nie konsumują całości materiału, w który się wgryzają, ale przerabiają go, wydobywając te materiały, które są im potrzebne do funkcjonowania. Drążąc, pozostawiają to, co ich nie interesuje. W ten sposób tworzy się cieńsza warstewka zbudowana z mikrytu. Po jakimś czasie części te zostają rozpuszczone i śladem po organizmie jest smuga drobnokrystalicznego kalcytu/węglanu, która występuje w osadzie. Tworzy się taka koperta wokół twardej części osadu.
Przekrystalizowanie
W pierwszym rzędzie przekrystalizowanie sprowadza się do przechodzenia składników niestabilnych w stabilne. Przekrystalizowanie zazwyczaj związane jest z tym, że dochodzi do zwiększenia większości kryształów. Przekrystalizowanie to również przejście mikrytu w mikrosparyt a później sparyt (rekrystalizacja mikrytu). Oddzielenie sparytu powstałego z mikrytu od sparytu będącego od początku sparytem nie jest proste. Przekrystalizowanie jest powszechne.
Dolomityzacja
To .proces bardzo złożony. Krystalochemicy nie do końca zgadzają się, że taki proces ma miejsce. Kalcyt lub aragonit przechodzą w dolomit. Podobnie protodolomit. Kalcyt zbudowany jest z warstewek jonów Ca2+ i jonów CO32-. Dolomityzacja polega na tym, że co druga warstewka kationowa zostaje zastąpiona warstewką magnezową. Równocześnie następuje odprowadzenie jonów Ca i wprowadzenie w to miejsce jonów Mg. Z punktu widzenia geochemicznego to bardzo trudny proces. Przejście aragonitu w dolomit jest związane ze zmniejszeniem objętości o 13%, a przejście kalcytu w dolomit - o 8%. Zwiększa się wówczas porowatość (?). Im sięgamy bardziej w głąb ziemi, okazuje się, że im starsze serie tym więcej dolomitów. W seriach młodych dolomitów jest bardzo niewiele. Oznacza to, że dla powstania dolomitu czas odgrywa znaczącą rolę. Eksperyment- wyhodowanie pierwotnego dolomitu. W niektórych płytkich zatokach, które są odcięte od napływu wody, mogą pojawić się warunki sprzyjające powstanie dolomitu.
Istnieje odwrotny proces - dedolomityzacja lub rekalcytyzacja. Proces ten jest również widoczny i prowadzi do zwiększania objętości i prowadzi do dezintegracji skały węglanowej. Proces ten ma znacznie mniejsze znaczenie i odbywa się w tych strefach, w których do utworzonych dolomitów dostają się wody słodkie - dochodzi do rozpadu wapienno magnezowych związków i dezintegracji skały.
Powstawanie wapieni gruzłowych
Wapienie gruzłowe to takie utwory, gdzie mamy fragmenty skał węglanowych w postaci najczęściej owalnych, wydłużonych form, które tworzą warstwowe nagromadzenia, rozdzielone substancja zasobna w minerały ilaste, związki żelaza itd. Tkwi to w drobnej masie ilasto - mułowcowej. Pierwsza koncepcja (Halana) powstawania wapieni gruzłowych - wykształcenia diagenetyczne - w warstwie rozproszonej substancja węglanowa, w wyniku zmiany pH dochodzi do koncentracji węglanów w gruzły. Druga teoria mówi, że mamy pierwotne warstwy węglanowe, po jakimś czasie w wyniku rozpuszczania tworzą się przerwy a następnie gruzły. Często widoczne są na nich ślady działalności organizmów. Proces ten następuje, gdy zostaje obniżona bądź zwiększona głębokość - przekroczenie CCD.
Powstawanie stylolitów
Szwy stylolitowe to wynik rozpuszczania skał węglanowych już po depozycji, w ostatnim etapie diagenezy. Ślady te to skoncentrowana w tych miejscach substancja nierozpuszczalna - substancja ilasta, związki żelaza. Amplituda stylolitów może być traktowana jako ubytek miąższości.
Ewaporaty
To minerały powstające na drodze ewaporacji - odparowania rozpuszczalnika - wody. Minerały zaliczane do ewaporatów to przede wszystkim siarczany i chlorki. Gdybyśmy odparowali 1 m wody morskiej, to (od spągu) ~8% stanowią węglany, ~15% - siarczany, ~75% - chlorki. Zespół ewaporacyjny nazywa się cyklotemem.
Siarczany - gips CaSO4 * 2H2O, anhydryt CaSO4, bassanit CaSO4 * ½ H2O
W naturalnych warunkach pierwotną fazą siarczanu wapnia jest gips lub bassanit. Z przeobrażeniami ujawnia się anhydryt. Bardzo często mamy soczewy siarczanowe, w środkowej jej części mamy anhydryt, na zewnątrz gips (częściowo bassanit). Procesy zastępowania gipsu z anhydrytem i odwrotnie są bardzo powszechne. Zależy to przede wszystkim od stosunków wodnych. Gips chętnie przyjmuje wodę, ale w przypadku braku wody, wodę chętnie oddaje. To dlatego, ze różnica objętości między gipsem a anhydrytem to 48% (gips>anhydryt). Gipsy zwane trzewiowcami powstają przy przechodzeniu A w G.
Wśród skał siarczanowych daje się wyróżnić ciekawe formy, które one tworzą. Jedna z nich jest forma zwana z angielskiego stertą cegieł. To formy o charakterze rombu. Wraz z przeobrażeniami układają się w warstewkę. Na podstawie tej tekstury można wnioskować na temat przeszłości i przeobrażeń diagenetycznych.
Chlorki - sole kamienne NaCl, sole potasowe KCl, potasowo - magnezowe sylwin, polihalit, kizeryt. Minerałów solnych jest ~200, ale znaczenie ma 8-10. NaCl używana powszechnie, produkcja sięga milionów ton. Sole potasowe do produkcji nawozów sztucznych.
Zubry (termin pochodzący z Zapadliska Przedkarpackiego) - mamy osady ilaste a w nich tkwią duże, dobrze wykształcone kryształy soli, zajmujące 15% objętości.
Opoki - określenie skał krzemionkowych, skała składająca się z części krzemionkowej i węglanowej. Często część węglanowa jest wyługowana i powstaje opoka lekka - to przykłady polskich nazw robiących karierę międzynarodową.
Skały ewaporatowe, a w szczególności sole, są bardzo czułe na wszelkie zmiany.
Ewaporaty powstają głównie w środowisku morskim, ale także w kontynentalnym - zwłaszcza siarczany - róże pustyni. Róże pustyni są wynikiem okresowo padających deszczy, które wnikają w piaski, a przy gwałtownym odparowaniu pozostawiają po sobie naskorupienia.
Inne - słone błota.
Skały krzemionkowe
Skały osadowe:
okruchowe
ilaste
pochodzenia chemicznego/organogenicznego
skały węglanowe
ewaporaty, skały krzemionkowe (stanowią 1% ogółu skał)
Skały krzemionkowe składają się w ponad 50% z niedetrytycznych składników zbudowanych z SiO2. Minerały te to opal, chalcedon i kwarc α i β. Skały te powstają poprzez:
nagromadzenie organizmów budujących szkielety z minerałów krzemionkowych
czyste wytrącanie na drodze chemicznej
procesy wietrzeniowych, których krzemionka różnej genezy odgrywa istotna role.
|
|
Słabo utwardzone |
Silnie utwardzone |
Skały biogeniczne |
gąbki radiolarie okrzemki |
porowaty spongiolit ziemia radiolariowa ziemia okrzemkowa |
spongiolit radiolaryt diatomit |
Skały chemiczne |
|
martwice krzemionkowe gejzeryty „kwarcyty” jeziorne |
|
Skały o zatartej genezie |
|
porcelanity
|
rogowiec (chert) |
Wietrzenie |
|
opoka (opoka lekka) |
|
To skały charakterystyczne dla środowiska morskiego - radiolarie charakterystyczne dla środowisk głębokomorskich, poniżej CCD - mają się wtedy szansę zachować jako radiolaryty, bo tempo osadów krzemionkowych jest niższe niż węglanowych.
Okrzemki występują w środowiskach o średniej głębokości, ale także w osadach jeziornych - doskonałe do badania wieku, tempa przyrostu osadu. Diatomity są znakomitym materiałem stosowanym w ekologii w usuwaniu ropy naftowej.
Najpłycej występują gąbki.
Skały chemiczne - mają związek z działalnością wulkaniczną, postwulkaniczną.
Kwarcyty jeziorne - z nagromadzeń okrzemek.
Rozprzestrzenienie skał krzemionkowych jest bardzo różne. Bardzo ważny udział wśród osadów morskich, zwłaszcza młodszych, trzeciorzędowych, mają porcelanity.
Łupki krzemionkowe - przekrystalizowane radiolaryty
Lidyty - podobne do łupków krzemionkowych; skały krzemionkowe wyraźnie ciemno zabarwione, co ma związek z obecnością substancji organicznej. Lidytami mogą być łupki graptolitowe spotykane w utworach sylurskich.
Flinty - stare określenie na rogowce
Heleflinty - nazwa stosowana do skał wulkanicznych
Jaspis - skały krzemionkowe zabarwione na czerwone, często w skałach wuilkanicznych - tufitach, zwłaszcza w skałach czerwonego spągowca (perm)
Gezy - skały będące pośrednim ogniwem między skałami krzemionkowymi a okruchowymi (tak jak margle są pośrednim ogniwem między skałami węglanowymi a ilastymi)
Opoki - skały będące pośrednim ogniwem między skałami węglanowymi a krzemionkowymi.
Diageneza skał krzemionkowych polega na:
cementacji - najczęściej spoiwem chalcedonowym
przekrystalizowaniu - przejście faz niestabilnych w stabilne
powstawaniu gruzłów i buł krzemionkowych; tworzą się dzięki koncentracji faz krzemionkowych w innym osadzie
budowa skały jest brekcjo podobna. Widać ciemniejsze składniki z dużą liczbą drobnych żyłek wypełnionych jasnym kwarcem. W czasie przeobrażenia (przejścia faz) jest odprowadzana woda z opalu i w czasie odprowadzania następuje mikro pseudo zbrekcjonowanie osadu. Szczeliny powstające w tym procesie wypełniane są jasnym kwarcem
Pozostałe minerały, nie będące minerałami krzemionkowymi, podlegają swoim przeobrażeniom diagenetycznym.
Skały żelaziste
Zawierają więcej niż 15% Fe. Minerały - hematyt, magnetyt, syderyt, piryt, goethyt, lepidokrorkit (ujmowane jako limonit).
Skały facji tlenowych - żelaziaki brunatne; tworzą się przy zbiornikach śródlądowych, obficie występuje lepidokrokit i goethyt. W przeszłości wytapiano z tego żelazo; w Bruszewie stwierdzono pierwszą katastrofę ekologiczną - kilka tys. lat temu wydobywano rudę i wytapiano je, produkty uboczne były odprowadzane do jeziora, stanowiącego zaopatrzenie w wodę pitną dla mieszkańców. Osada w pewnym momencie przestała istnieć. Znane są też powszechnie rudy tej facji eksploatowane w Skandynawii, zasobne w magnetyt i hematyt, mają one budowę warstwową, w których warstwy czysto krzemionkowe rozdzielane są warstwami zasobnymi w minerały rudne - to rudy wstęgowe. Przypuszczenie jest takie, że utwory te związane są z aktywnością wulkaniczną. Części krzemionkowe prawdopodobnie są wynikiem istotnego rozwoju mikroorganizmów krzemionkowych (radiolarii), których rozwój związany był z wulkanizmem dostarczającym do środowiska duże ilości SiO2. Gdy rozwój ten ustał, dochodziło do sedymentacji minerałów żelaza.
Skały facji węglanowych - dominujący udział ma syderyt FeCO3, charakterystyczne dla utworów jurajskich - w płytkich basenach morskich tworzyły się utwory margliste, w których rozwijały się na szeroką skalę utwory konkrecyjne, zbudowane z syderytu. Prawdopodobnie syderyt związany był z grupami organizmów. Złoża syderytowe (złoża żelaza typu lotaryńskiego). W Polsce - Jura Krakowsko - Częstochowska, dużo zakładów górniczych w XIX w.
Skały facji krzemianowej - szamozyt; często w utworach słabo dotlenionych, jeziornych, gdzie nie doszło do pełnego utlenienia żelaza.
Podobny podział jest wśród skał manganowych. Jako skały manganowe określa się te, które zawierają powyżej 1% Mn w składzie. Wyróżniamy skały facji tlenowej (piroluzyt, ramzdelit), węglanowej (rodochrozyt) i krzemianowej. Znane są z Ukrainy - Nikopol.