Катагенез (в геологии)

КАТАГЕНЕЗ в геологии, стадия глубинного преобразования осадочных пород под влиянием повышенных температур и давлений, подземных вод; следующая в процессе литогенеза за диагенезом и предшествующая метаморфизму. Термин предложил А. Е. Ферсман (1922) для обозначения химических и физико-химических преобразований осадочных горных пород при повышенных по сравнению с поверхностью Земли (но относительно невысоких) температурах и давлениях, происходящих после диагенеза (и глубже в недрах), то есть после образования осадочных пород. Термин «катагенез» различными учёными трактуется неоднозначно. Часть из них вместо катагенеза употребляет термины «поздний диагенез», эпигенез. Н. Б. Вассоевич (1962) определял катагенез как стадию, следующую после диагенеза перед метагенезом (который понимал как собственно метаморфизм). Н. М. Страхов (1960) также считал, что стадия катагенеза сменяет стадию диагенеза, но предшествует лишь стадии протометаморфизма, которую объединял со стадией катагенеза в «более крупную» стадию (надстадию) метагенеза.

Термобарические условия катагенеза: температура от 30-50 до 200°С, литостатическое давление от 10-20 до 150-200 МПа и более. Глубина зоны катагенеза может варьировать от 100-200 м до 8-10 км, а иногда и до 20 км (Прикаспийская впадина). По времени катагенез - самая длительная из всех стадий литогенеза (от первых десятков миллионов лет до 2,5 миллиардов лет - Калгурли, Австралия). Условия катагенеза и, соответственно, идущие физико-химические процессы меняются очень медленно и «линейно направленно», но конечные изменения пород значительны, хотя текстурные и ряд других первичных (присущих ещё осадку) черт не стираются. Минеральное вещество «вызревает» структурно - к концу катагенеза исчезает аморфная структура. Неустойчивые в новых термобарических условиях кристаллические структуры переходят в более устойчивые, происходит стадийное замещение силикатов филлосиликатами. В щелочной среде полевые шпаты превращаются в гидромусковит или парагонит и далее в монтмориллонит или другие смектиты, а в кислых - в каолинит. Мусковит в щелочной среде переходит в диоктаэдрический гидромусковит, а в кислой - в каолинит; в щелочной среде биотит превращается в гидробиотит, вермикулит, глауконит и монтмориллонит, а в кислой - в хлорит и каолинит. По пироксенам и амфиболам развиваются хлориты. Вулканическое стекло превращается в смектиты, хлориты, цеолиты. Размер кристаллов многих пород за счёт перекристаллизации увеличивается. Органическое вещество пород претерпевает наиболее сильные изменения, в результате которых образуются все марки бурых, каменных углей и частично (или полностью) антрацитов, а также горючие газы и нефть.

По минеральному веществу принято деление на ранний (начальный) и поздний (глубинный) катагенез. Более дробное разделение катагенеза проводится по органическому веществу пород. Степень изменения органических вещества в катагенезе фиксируется по степени углефикации ископаемого угля (концентрированное органическое вещество), отражаемой его марочным составом, или по увеличению отражательной способности компонентов витринита группы (рассеянное органическое вещество), что позволяет в катагенезе различать три подстадии (этапа) и 12 градаций (показаны цифрами при индексах подстадий): протокатагенез (ПК_1-3), мезокатагенез (МК_1-5) и апокатагенез (АК_1-4). Корреляция подстадий катагенеза, выделяемых по органическому веществу, с подстадиями, выделяемыми по минеральному веществу, достаточно сложна и неоднозначна.

В раннем катагенезе (примерно в ПК - МК_1-2) под нагрузкой толщ осадочных пород до 5-10 км преобладают физико-механические процессы: уплотнение пород (общая пористость снижается от 40 до 15%) и отжатие воды (элизионный процесс). Они сопровождаются разнообразными химико-минералогическими процессами: гидролизом силикатов и органического вещества, растворением кварца и силикатов и глинизацией («глубинное выветривание») последних, трансформацией и синтезом минералов, образованием конкреций, цементацией многих песчаников и известняков, метасоматозом карбонатных пород; уплотнением глин при сохранении их пластичности, размокаемости; переходом части трепела в опоку; образованием бурых углей (всех или только поздних марок) и каменных углей марок Д (длиннопламенные) и Г (газовые), генерацией нефти и газа. В позднем катагенезе (примерно МК_3-5) продолжается уплотнение пород до почти полного исчезновения пор, текстуры пород сохраняются, а структуры заметно изменяются, усиливаются минералообразование и цементация пород. Глины становятся неразмокающими - аргиллитами, но ещё с первичной неконформной, обломочной структурой, означающей отсутствие перекристаллизации. Однако глинистый цемент песчаников в этой зоне уже перекристаллизован и имеет лепидобластовую (листоватую) структуру. Известняки мраморизуются (становятся мраморизованными известняками), опалолиты (опаловые породы) переходят в халцедонолиты, ископаемые угли последовательно трансформируются в угли марок Ж (жирные), К (коксовые), ОС (отощённо-спекающиеся). Часть исследователей (изучающих трансформацию минерального вещества пород) относит к катагенезу зону с углями марок Т (тощие) и ПА (полуантрациты), то есть зону АК_1-2.

В катагенезе помимо горючих полезных ископаемых образуются некоторые руды железа, магния и полиметаллов, а также мраморы и другие поделочные и декоративные камни. Знание закономерностей катагенеза имеет большое практическое значение, например, для оценки перспектив нефтегазоносности осадочных толщ, прогнозирования свойств (марок) углей, нерудных строительных материалов и др.

Лит.: Диагенез и катагенез осадочных образований. М., 1971; Фролов В. Т. Литология. М., 1992; Геология и геохимия нефти и газа. М., 2004.