Процеси розчинення і регенерації мінералів в пісковиках вугільних родовищ
Розчинення і регенерація мінералів є неодмінними складовими літо- і катагенезу теригенних відкладів. Дослідження таких процесів у пісковиках вугільних родовищ засвідчує безперечний вплив цих явищ на фізичні, механічні, колекторські властивості не тільки пісковиків – у геохімічних перетвореннях берут...
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2015
|
| Schriftenreihe: | Геотехнічна механіка |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/134263 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Процеси розчинення і регенерації мінералів в пісковиках вугільних родовищНазвание / Л. Ф. Маметова // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 122. — С. 129-139. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-134263 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1342632018-06-14T03:04:54Z Процеси розчинення і регенерації мінералів в пісковиках вугільних родовищ Маметова, Л.Ф. Розчинення і регенерація мінералів є неодмінними складовими літо- і катагенезу теригенних відкладів. Дослідження таких процесів у пісковиках вугільних родовищ засвідчує безперечний вплив цих явищ на фізичні, механічні, колекторські властивості не тільки пісковиків – у геохімічних перетвореннях беруть участь всі породи стратиграфічного розрізу. Пористість, фільтрація, щільність, газонасиченість, пластичні деформації та інші характеристики порід залежать від мінералів, їхньої поведінки зі зміною умов середовища. Серед пісковиків вугільних родовищ найпоширеніші мінерали – це кварц і карбонати. Вони полігенетичні - присутні в уламках, у складі цементу і досить стійкі (особливо кварц) щодо механічного руйнування. Але від дії хімічних реагентів карбонати розчиняються повністю, а кварц – частково. Зміна умов (катагенез) призводить до відновлення цих мінералів. Чинники цих процесів: температура, тиск, водневий потенціал і флюїди діють дискретно на швидкість реакцій, на структурні варіації мінералів, на зміну їхніх властивостей і породного масиву загалом. За кількістю облямівок вторинного кварцу і появою кількох генерацій кальциту моделюються палеотектонічні рухи, які сприяли їх утворенню. Растворение и регенерация минералов являются непременными составляющими лито- и катагенеза терригенних отложений. Исследование таких процессов в песчаниках угольных месторождений показало бесспорное влияние их на физические, механические, коллекторские свойства не только песчаников – в геохимических превращениях принимают участие все породы стратиграфического разреза. Пористость, фильтрация, плотность, газонасыщенность, пластические деформации и другие характеристики пород зависят от минералов, их поведения с изменением условий среды. Среди песчаников угольных месторождений самые распространенные минералы – это кварц и карбонаты. Они полигенетичны - присутствуют в обломках, в составе цемента – и достаточно стойкие (особенно кварц) при механическом разрушении. Но от действия химических реагентов карбонаты растворяются полностью, а кварц – частично. Изменение условий (катагенез) приводит к новообразованию этих минералов. Факторы этих процессов: температура, давление, водородный потенциал и флюиды действуют дискретно на скорость реакций, на структурные вариации минералов, на изменение их свойств и породного массива в целом. По количеству оторочек вторичного кварца и появлению нескольких генераций кальцита моделируются палеотектонические движения, провоцирующие их образование. Mineral dissolution and regeneration are fundamentally pertinent to the lithogenesis and catagenesis. Studies of these processes in sandstone of the coal deposits demonstrated their in-fluence on physical, mechanical and collector properties of not only the sandstones themselves, but also of the rocks in the stratigraphic column as they undergo geochemical changes. Porosity, hydraulic conductivity, density, gas saturation, susceptibility to ductile deformation and other rock properties depend on the minerals and their behavior in the changing environment. Quartz and carbonates are the most common minerals in sandstones of the coal deposits. They are polygenetic, occurring both as detrital grains and cement, and are characterized by high mechanical resistance (especially quartz). However, chemical reagents dissolve carbonates completely, while quartz is dissolved only partially. Changing conditions (as in catagenesis) also lead to new growth of these minerals. Temperature, pressure, pH and fluids are the factors which discretely affect the chemical reaction rates, structural varieties of minerals and their properties and properties of the rock column as a whole. The secondary quartz overgrowths and the presence of several generations of carbonates are used for modeling paleotectonic movements that trigger them. 2015 Article Процеси розчинення і регенерації мінералів в пісковиках вугільних родовищНазвание / Л. Ф. Маметова // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 122. — С. 129-139. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/134263 552.1/.5:622.277.3.004.67 uk Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Розчинення і регенерація мінералів є неодмінними складовими літо- і катагенезу теригенних відкладів. Дослідження таких процесів у пісковиках вугільних родовищ засвідчує безперечний вплив цих явищ на фізичні, механічні, колекторські властивості не тільки пісковиків – у геохімічних перетвореннях беруть участь всі породи стратиграфічного розрізу. Пористість, фільтрація, щільність, газонасиченість, пластичні деформації та інші характеристики порід залежать від мінералів, їхньої поведінки зі зміною умов середовища. Серед пісковиків вугільних родовищ найпоширеніші мінерали – це кварц і карбонати. Вони полігенетичні - присутні в уламках, у складі цементу і досить стійкі (особливо кварц) щодо механічного руйнування. Але від дії хімічних реагентів карбонати розчиняються повністю, а кварц – частково. Зміна умов (катагенез) призводить до відновлення цих мінералів. Чинники цих процесів: температура, тиск, водневий потенціал і флюїди діють дискретно на швидкість реакцій, на структурні варіації мінералів, на зміну їхніх властивостей і породного масиву загалом.
За кількістю облямівок вторинного кварцу і появою кількох генерацій кальциту моделюються палеотектонічні рухи, які сприяли їх утворенню. |
| format |
Article |
| author |
Маметова, Л.Ф. |
| spellingShingle |
Маметова, Л.Ф. Процеси розчинення і регенерації мінералів в пісковиках вугільних родовищ Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Маметова, Л.Ф. |
| author_sort |
Маметова, Л.Ф. |
| title |
Процеси розчинення і регенерації мінералів в пісковиках вугільних родовищ |
| title_short |
Процеси розчинення і регенерації мінералів в пісковиках вугільних родовищ |
| title_full |
Процеси розчинення і регенерації мінералів в пісковиках вугільних родовищ |
| title_fullStr |
Процеси розчинення і регенерації мінералів в пісковиках вугільних родовищ |
| title_full_unstemmed |
Процеси розчинення і регенерації мінералів в пісковиках вугільних родовищ |
| title_sort |
процеси розчинення і регенерації мінералів в пісковиках вугільних родовищ |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2015 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/134263 |
| citation_txt |
Процеси розчинення і регенерації мінералів в пісковиках вугільних родовищНазвание / Л. Ф. Маметова // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 122. — С. 129-139. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT mametovalf procesirozčinennâíregeneracíímíneralívvpískovikahvugílʹnihrodoviŝ |
| first_indexed |
2025-07-09T20:38:40Z |
| last_indexed |
2025-07-09T20:38:40Z |
| _version_ |
1837203216237854720 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 129
УДК 552.1/.5:622.277.3.004.67
Маметова Л.Ф., канд. геол. наук, ст. наук. співр.
(ІГТМ НАН України)
ПРОЦЕСИ РОЗЧИНЕННЯ І РЕГЕНЕРАЦІЇ МІНЕРАЛІВ В
ПІСКОВИКАХ ВУГІЛЬНИХ РОДОВИЩ
Маметова Л.Ф., канд. геол. наук, ст. науч. сотр.
(ИГТМ НАН Украины)
ПРОЦЕССЫ РАСТВОРЕНИЯ И РЕГЕНЕРАЦИИ МИНЕРАЛОВ В
ПЕСЧАНИКАХ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Mametova L.F., Ph.D. (Geol.), Senior Researcher
(IGTM NAS of Ukraine)
PROCESSES OF MINERAL DISSOLUTION AND REGENERATION IN THE
SANDSTONES OF COAL DEPOSITS
Анотація. Розчинення і регенерація мінералів є неодмінними складовими літо- і катаге-
незу теригенних відкладів. Дослідження таких процесів у пісковиках вугільних родовищ за-
свідчує безперечний вплив цих явищ на фізичні, механічні, колекторські властивості не тіль-
ки пісковиків – у геохімічних перетвореннях беруть участь всі породи стратиграфічного роз-
різу. Пористість, фільтрація, щільність, газонасиченість, пластичні деформації та інші харак-
теристики порід залежать від мінералів, їхньої поведінки зі зміною умов середовища. Серед
пісковиків вугільних родовищ найпоширеніші мінерали – це кварц і карбонати. Вони поліге-
нетичні - присутні в уламках, у складі цементу і досить стійкі (особливо кварц) щодо механі-
чного руйнування. Але від дії хімічних реагентів карбонати розчиняються повністю, а кварц
– частково. Зміна умов (катагенез) призводить до відновлення цих мінералів. Чинники цих
процесів: температура, тиск, водневий потенціал і флюїди діють дискретно на швидкість ре-
акцій, на структурні варіації мінералів, на зміну їхніх властивостей і породного масиву зага-
лом.
За кількістю облямівок вторинного кварцу і появою кількох генерацій кальциту моде-
люються палеотектонічні рухи, які сприяли їх утворенню.
Ключові слова: пісковики, катагенез, розчинення, регенерація, кварц, карбонати
Вступ. Явища корозії уламкового матеріалу осадочних порід (кварцу,
польових шпатів, карбонатів, літокласт та ін.) науковцям відомі давно і фіксу-
вались на всіх стадіях їхнього формування – від діагенезу до метагенезу. У по-
родах віком від протерозою до пліоцену і навіть серед четвертинних відкладів
[1] спостерігались процеси розчинення та відновлення мінералів. Найпошире-
нішими мінералами у складі порід вугільних басейнів є кварц, польові шпати,
карбонати, слюди. Наші дослідження зосереджені на поведінці кварцу та кар-
бонатів у складі пісковиків як провідних мінералів, які впливають на газоємніс-
ні, фільтраційні та інші властивості порід. Вони реагують на зміну тиску, тем-
ператури, геохімічні умови (рівень водневого потенціалу – рН). Процеси розчи-
нення кварцу і карбонатів полістадійні і швидкість їх залежить від зазначених
вище чинників. Варіації тиску призводять до структурних дефе-
© Л.Ф. Маметова, 2015
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 130
ктів кристалічної гратки будь-якого мінералу, викликають пластичні деформа-
ції.
Про переорієнтацію кристалічної гратки мінералів (серед них і кварцу) при
неоднорідній деформації йдеться у дослідженнях цілого ряду вітчизняних [2-4,
6] і закордонних [5, 8, 20] науковців. Вивчалась зміна форми мінералів як окре-
мих, так і у вигляді агрегату. В залежності від геологічних умов процеси перет-
ворень інтенсифікуються у певної частини мінералів зі складу породи, а у іншої
– гальмуються. Явища розчинення і новоутворення мінералів починаються в ді-
агенезі і тривають після консолідації осадків та їх перетворенні у породи. Зок-
рема в пісковиках теригенних відкладів вугільних родовищ ці процеси описані
при багаторічних дослідженнях [7-14]. Роботи В.А. Баранова [11] і Л.Ф. Маме-
тової [12] показали зв’язок процесів розчинення з пластичними деформаціями
мінералів, з палеотектонічними рухами. Рівень перетворень кварцу і карбонатів
у відкладах Донбасу свідчить про циклічний перебіг геохімічних процесів. Ха-
рактеристиці процесу змін мінералів присвячена ця стаття.
Основним методом дослідження розчинення і новоутворення мінералів є
мікроскопічне вивчення їх із залученням рентгенівського, термічного та інших
аналізів у поєднанні з лабораторними експериментами.
В термодинамічних умовах великих глибин катагенетичні (постседимента-
ційні) перетворення кварцу і карбонатів відбуваються не синхронно. В сухому
стані кварц навіть при високому тиску і температурі є крихким, але в присутно-
сті води стає можливим гідроліз його і будь-яких інших модифікацій кремнезе-
му. Численними експериментами [3-5] і спостереженнями доведено [1, 9, 14],
що кварц у розчинах з рН 0-5 стійкий, а за лужних умов – з рН 9 і більше – він
розчиняється повністю. При температурі 25ºС і тиску 1 атм кварц та його мо-
дифікації розчиняються повільно (кварц 7 г/т, кристобаліт 12 г/т, опал 20 г/т) –
це на порядок повільніше, ніж аморфний кремнезем – 120 г/т (рис. 1).
Рисунок 1 – Розчинність кварцу та аморфного кремнезему зі зміною рН [17]
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 131
Науковці пояснюють це не тільки високою впорядкованістю структури, але
також іншим типом хімічного зв’язку – в кристалічних формах з однорідними
ланцюжками зв’язків Si─O─Si [5, 10]. За умови дроблення кристалів кварцу та
руйнуванні названих ланцюжків зв’язку в поверхневих шарах кварцу спостері-
гається поступове зростання розчинності [6].
Гідроліз сильного зв’язку Si─O─Si призводить до заміни його на слабку фо-
рму та утворення силанольних груп типу Si─OH·HO─Si, які сприяють процесу
дифузії речовини та міграції дислокацій [5]. Енергія розчинності кварцу у воді
визначається різницею між енергією дисоціації (16,5 ккал/моль) і енергією оса-
дження (14,5 ккал/моль), яка свідчить про виникнення полімерного воднокрем-
неземного комплексу Н2SiO4. Надлишок іону гідроксилу (ОН
–
) при рН біля 9
призводить до зростання швидкості розчинення. Гідроксил каталізує розчинен-
ня аморфного кремнезему (опалу) і кварцу через утворення метастабільних
форм (кристобаліту, китіту).
Зміна лужності середовища викликає не тільки розчинення кварцу, а і на-
ступну його регенерацію в процесах перетворення мінералів цементу піскови-
ків та аргілітів Донбасу. Джерелом регенерації як у діагенезі, так і після літифі-
кації були зерна кварцу кородовані кальцитом і доломітом та тонкодисперсна
кремениста речовина з порових розчинів (за рахунок трансформації глинистих
мінералів). Під час катагенезу цей процес триває, найінтенсивніше – в середню
стадію (мезокатагенез – МК1-5). Регенераційна облямівка охоплює або все зерно
кварцу по периметру (за сприятливих умов), або лише окремі його ділянки на
початку процесу – рис. 2.
q – кварц; а – кремінь
Рисунок 2 – Регенераційна облямівка кварцу на контакті з уламком кременю, МК2,
світа С1
4
а
q
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 132
На рисунку 2 видно збільшення ширини регенераційної облямівки кварцу
з 0,02 мм до 0,04 мм на контакті з уламком кременю. Новоутворений кварц ви-
тісняє каолініт-гідрослюдистий цемент. Динамічний аналіз мікроструктур мі-
нералів [3, 4] показав, що при стискуванні відбувається поглинання пружної
енергії, яка проявляється у вигляді теплоти розчинення. Розчинність прямо
пропорційна хімічному потенціалу, внаслідок чого грані кристалу, які зазнають
більшого тиску, будуть розчинятись швидше. Матеріал з цих граней відкла-
деться на протилежних гранях з меншим тиском.
Встановлено [3], що явище розчинення кварцу можливе лише між зернами з
кутовою неузгодженістю оптичних осей на контакті – в середньому 60º. Найін-
тенсивніше розчинення зерен спостерігається під кутом ~ 70º. Причому – роз-
чиняється те зерно, яке знаходиться в напруженому стані. В шліфах з піскови-
ків карбону Донбасу фіксувались переважно 1-2 облямівки, іноді до 3-х [12]. На
рівні МК2 (початок середньої стадії катагенезу) регенераційні облямівки зерен
кварцу не суцільні, а фрагментарні і на показниках відкритої пористості піско-
виків з середнього і нижнього карбону мало позначаються – відповідно 10,1 % і
15,1 %. Кількість вторинного (регенераційного) кварцу в пісковиках нижнього
карбону – 1-3 %, а в середньому карбоні – досягає 3-4,5 %. За спостереженнями
Е.А. Моссур [14] на рівні МК3 (марка Ж) у південно-західній частині Донбасу
розчинення кварцу в крупнозернистих відмінах пісковиків починалось на мен-
шій глибині, ніж у дрібних. Вміст новоутвореного кварцу за її даними 2-4 %.
Нарощування регенераційних облямівок також відбувалось за рахунок надлиш-
ку діоксиду кремнію при корозії польових шпатів і появі новоутворень кальци-
ту – рис. 3.
q – кварц, cal – кальцит
Рисунок 3 – Потрійна регенерація кварцу і корозія його кальцитом, МК2, світа С2
5
q
cal
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 133
Заміщення кварцу кальцитом за даними [1, 7] можливе і в слабо кислому се-
редовищі з рН 4. Однак, оптимальні умови для цього процесу створюються са-
ме в лужному середовищі (рН 9,8), де поле карбонатного заміщення розширю-
ється завдяки зростанню розчинності кварцу та зменшенню розчинності каль-
циту. Як видно на рис. 3 утворення кальциту було пізнім щодо регенераційних
облямівок кварцу вже на початку середньої стадії катагенезу [13]. На рівні МК4
спостерігаються ділянки цементації зерен вторинним кварцом облямівки (шл.
558/1, ділянка Орджонікідзевська Глибока). За даними [12, 14] на завершально-
му етапі середньої стадії катагенезу – МК5 – регенерація підсилюється за раху-
нок розчинення польових шпатів і кластичного матеріалу. Регенераційний
кварц складає 5,3-6,7 %. На стадії глибинного катагенезу (апокатагенезу – АК) і
на початку метагенезу завдяки інтенсивним перетворенням вміст аутигенного
кварцу сягає 8,5 % [14]. Деякі вчені [15, 16] зростання інтенсивності вторинних
змін (збільшення вмісту аутигенних кварцу і кальциту) пов’язували з тектоніч-
ними рухами маятникового типу – зануренням і здійманням.
Найпоширенішим і надто чутливим індикатором зміни термодинамічного
стану (умов) в осадочних породах є кальцит. Заміщення кальцитом силікатів,
кварцу, сульфідів може вказувати на зниження тиску, наприклад, у зв’язку з пі-
дйомом осадків або в зв’язку з утворенням ослаблених зон, які характеризують-
ся системами пошарових або січних тріщин розтягу – у ядрах антикліналей.
При низьких температурах швидкість розчинення кальциту значно більша ніж у
кварцу. Гідроліз первинних карбонатів і деструкція розсіяної органічної речо-
вини є постачальниками вуглекислоти в умовах глибокого залягання порід – їх
катагенезу. Гідроліз ряду карбонатів (кальцит-магнезит-сидерит) зростає від
першого до третього мінералу. У цьому ж напрямку знижується температура
виділення вуглекислоти, яка збагачує порові розчини і витрачається на утво-
рення нових генерацій кальциту. Термоліз і термокаталіз розсіяної органічної
речовини (рор) в аргілітах, алевролітах і пісковиках веде до переходу гумінових
кислот в кероген з подальшим перетворенням його в тверді, рідкі та газоподібні
вуглеводні. Аутигенне карбонатоутворення проявляється у вигляді багатоакт-
ного виділення розсіяних карбонатів [13], особливо в пісковиках і алевролітах.
Поява дрібних кристаликів кальциту по контуру зерен кварцу – рис. 4 – свід-
чить про короткий період рівноваги для першого з названих мінералів в умовах
рН 7,8-8,5.
В результаті мінеральних реакцій у породній товщі безперервно вивільню-
ються леткі компоненти, що рухаються по границях зерен або всередині, по мі-
кродеформаціях і тріщинках. Такими каналами для порових розчинів і флюїдів
є пластичні деформації мінералів – рис. 5.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 134
Рисунок 4 – Декорація кальцитом регенераційної облямівки зерен кварцу, світа С2
7
МК3, св. Д-5, гл. 1107,7-1115,7 м, шл. 10554-1
Рисунок 5 – Асинхронність кальцитоутворення і регенерації кварцу у комбінації з
грануляцією, світа С2
7
, МК3, шл.3981 cв. ДМ-1937 гл.705 м, пористість 7,83 %
Це дрібні та дуже тонкі канали – товщина їх 1-2 атомних радіуса [17]. Дифу-
зія одновалентних або двохвалентних катіонів – Na, K, Mg – здійснюється шви-
дше, ніж дифузія кремнію та алюмінію, а також кисню. Як зазначалось багать-
ма науковцями [7, 15, 17], розчинність кальциту зростає в присутності слабої
вугільної кислоти. В процесі перетворень карбонатні іони реагують з водою і
виникають бікарбонатні і гідроксильні іони:
СО
2
3 + Н2О НСО3
–
+ ОН
–
,
далі – бікарбонатний іон реагує з водою, що призводить до утворення вугільної
кислоти (Н2СО3) і додаткової кількості іонів гідроксилу. Останні провокують
збільшення рН і розчини набувають слабо лужного характеру.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 135
Експериментальні дослідження умов розчинності польових шпатів при нор-
мальних температурах і тиску та в інтервалі від 100º до 200º С з тиском СО2 до
20 атм показали, що лужні елементи розчиняються необмежено, а кремнезем –
частково [17]. В приконтурних водах газоконденсатних і нафтових родовищ,
багатих гідрокарбонатами, які створюють лужне середовище, розчинність кре-
мнезему зростає [10]. Встановлено [2] – зміни відбуваються не тільки з кварцом
– своєрідні обмінні реакції виникають з підвищенням тиску і серед польових
шпатів. Із стиснутих граток мінералів у розчин потрапляють іони великих роз-
мірів – Са
2+
– 1,04 Å і Аl
3+
– 0,57 Å, які гетеровалентно заміщуються іонами ме-
ншого радіусу – К
+
– 0,97 Å і Si
4+
– 0,39 Å [2]. В умовах катагенезу стійкість
ортоклазу (К-Na шпат) вища ніж будь-якого плагіоклазу (Са-Na шпат). Серед
останніх найстійкіший альбіт, андезин поступається йому через значну (50 %)
заміну атомів кремнію алюмінієм [18] В пісковиках нижнього карбону між зер-
нами кварцу і польового шпату у присутності розсіяної органічної речовини
виникає реакція – кварц „роз’їдає‖ польовий шпат, тобто проникає в нього
вздовж двійникових площин – рис. 6.
q – кварц, pl – польовий шпат, ро – розсіяна органічна речовина
Рисунок 6 – Реакційні контакти між кварцом і польовим шпатом в присутності
розсіяної органічної речовини, світа С1
4
, МК4, шл. 1170с-3, гл. 897,0 м, пористість
6,45 %
Дослідження типоморфних властивостей мінералів, серед них кварцу,
польових шпатів, виконувалось в Інституті геохімії, мінералогії та рудоутво-
рення ім. М.П. Семененка, де вивчалась кислотність-лужність постмагматичних
процесів законсервованих у включеннях. За даними провідного наукового спе-
ціаліста цього інституту Д.К. Возняка [19] рН розчинів включень з вуглекисло-
тою в зернах кварцу з жил Донбасу складає 8,0-8,9 ± 0,2, температура гомогені-
зації від 130º до 350ºС, тиск понад 6·10
4
кПа. Вміст органічного вуглецю в піс-
ковиках складає 0,09-2,03 мас. %, карбонатність у формі СО2 – 0,07-0,73 мас. %.
Кореляційної залежності між карбонатністю та вмістом в породах органічного
q
pl
ро
рр
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 136
вуглецю не виявлено [12, 13]. З підручників геохімії відомо – живі водорості
захищають свій кремнієвий скелет спеціальним покриттям із органічних сполук
або багатовалентних іонів. „При цьому виникає плівка комплексів, яка екранує
атоми кремнію від нуклеофільної атаки гідроксильних іонів і перешкоджає роз-
чиненню кремнезему‖ [10].
Приклади корозії плагіоклазу кварцом спостерігались також у пісковиках
середнього карбону (світа С2
6
) Донецько-Макіївського району з тим же рівнем
катагенезу – МК4 – на глибині 1033,0 м і більше. Під час катагенезу в структурі
польового шпату відбувається фазовий перехід з відходом крупного катіону Са
(деанортитизація плагіоклазу) – рис. 7.
Рисунок 7 – Смуга деанортитизації плагіоклазу (pl) та утворення аутигенних слюд на-
вколо кварцового зерна, світа С2
7
, св. Д-5, МК4, шл. 10514-2, гл. 1232,0 м,
пористість 5,75 %
Вилуговування польового шпату є незворотнім процесом. Незалежно від
природи польового шпату аутигенні утворення слюд є переважно калієвими.
Цілком очевидно, що рідкісні знахідки парагоніту та маргариту не випадкові –
їх утворення це другий етап катагенетичного перетворення польового шпату,
тобто – відбулось катагенетичне заміщення каолініту, який на першому етапі
утворився по каркасній структурі в період її розчинення. Далі – з наступним
заміщенням катіонів калію, які поступають з новими порціями порових вод від-
повідно до механізму твердофазової перекристалізації каолінітового шару в
слюдистий [18].
На думку [17, 20], механізм розчинення кварцу контролюється зустрічними
реакціями на поверхні розподілу кварц-флюїд.
Висновок
В катагенезі відбувається багаторазова диференціація кварцу і карбонатів у
складі пісковиків. За кількістю облямівок вторинного кварцу і появою кількох
генерацій кальциту моделюються палеотектонічні рухи, які провокували їх
pl
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 137
утворення. Перевага процесів розчинення сприяє покращенню ємнісних та фі-
льтраційних характеристик порід.
–––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Махнач, А.А. Постседиментационные изменения межсолевых девонских обложений Припятс-
кого прогиба / А.А. Махнач. – Минск: Наука и техника. 1980. – С. 94-99
2. Копелиович, .В. Постседиментационные преобразования пород иотнийской формации При-
онежья / А.В. Копелиович, И.С. Симанович // Проблемы осадочной геологии докембрия. – М.: Недра,
1966, Вып.1. – С. 61-79
3. Делицин, И.С. Структурообразование кварцевых пород / И.С. Делицин – М: Наука, 1985. –
191 с.
4. Казаков, А.Н. Динамический анализ микроструктурных ориентировок минералов / А.Н. Каза-
ков – Ленинград: Наука, 1987. – 272 с
5. Кристи, Дж.М. Деформационные структуры в минералах / Дж.М. Кристи, А.Дж. Арделл //
Электронная микроскопия в минералогии – М.: Мир, 1979. – 391 c.
6. Кушнір, С.В. Незвичні ефекти стискування кристалічної гратки внаслідок висушування гідра-
тованого подрібненого кварцу / С.В. Кушнір, Я.В. Яремчук // Мінералогічний журнал. – 2011. – № 3,
том 33. – С. 21-27.
7. Кашик, С.А. О замещении кварца кальцитом в осадочных породах / С.А. Кашик // Геохимия. –
1965. – № 2. – С. 180-187.
8. Haggie M., Jones R. (1987) „Density functional analysis of the hydrolysis of Si–O Bonds in disilox-
an. Application to hydrolytic weakering in quartz‖. Phil. Mag. Lett.. – 55. no 1. pp. 47-51.
9. Холодов, В.Н. Элизионные системы Днепрово-Донецкого авлакогена. Сообщение 1. Геологи-
ческое строение авлакогена, катагенетические процессы Предкавказья и Большого Донбасса / В.Н.
Холодов // Литология и полезные ископаемые – М.: 2011. – С. 568-590.
10. Мицюк, Б.М. Физико-химические превращения кремнезема в условиях метаморфтзма /
Б.М. Мицюк, Л.И. Горогоцкая – К.: Наукова думка, 1980. – 236 с.
11. Баранов, В.А. Закономерности формирования видов пластических микродеформаций в кварце
песчаников Донбасса / В.А. Баранов, Л.Ф. Маметова // Науковий вісник НГАУ. – 2001. - №5. – С. 77-
79.
12. Маметова, Л.Ф. Структурно-мінералогічні перетворення газоносних пісковиків Донбасу:
дис....канд. геол. наук: 04.00.16 „Геологія твердих горючих копалин‖ /Л.Ф. Маметова – Дніпропет-
ровськ. 2011. – 175 с.
13. Маметова, Л.Ф. Трансформація карбонатів пісковиків середнього карбону Донбасу. / Л.Ф.
Маметова // Мінералогічний збірник, 2012. – № 62, вип. 1, – С. 202-208.
14. Геологические факторы выбросоопасности пород Донбасса / В.Е. Забигайло, А.З. Широков,
И.С. Белый [и др.]. – К.: Наукова думка, 1974. – 270 с
15. Минский, Н.А. О связи вторичной минерализации осадочных пород с тектонической активно-
стью / Н.А. Минский // Ивестия Академии наук СССР, сер. геологическая, 1967. – № 9 – С. 70–80.
16. Привалов, В.А. Тектонотермальная эволюция Донецкого бассейна: дис...д-ра геол.. наук :
04.00.16 защищена 30.09.05 / Привалов В. А. – Днепропетровск. 2005. – 339 с.
17. Файф, У. Флюиды в земной коре / У. Файф, Н. Прайс, А. Томпсон – М.: Мир, 1981. – 435 с.
18. Куковский, Е.Г. Превращения слоистых силикатов / Е.Г. Куковский.– К.: Наукова думка,
1973. – 103 с.
19. Павлишин, В.И. Типомофизм кварца, слюд и полевых шпатов в эндогенных образованиях /
В.И. Павлишин. – К.: Наукова думка, 1983. – 232 с.
20. Saruwatari K., Kameda J., Tanaka H. (2004). „Generation of hydrogen gas in quartz-water crushing
experiments: an example of chemical processes in active faults‖. Phys. and Chem. Minerals. vol. 31. no. 3.
pp. 176-182.
REFERENCES
1 Makhnach, A.A. (1980), Postsedimentatsionnye izmeneniya mezhsolevykh devonskikh otlozheniy Pri-
pyatskogo progiba [Postsedymentation changes of the intersalt devonian levyings of the Prypyat bending],
Nauka i tekhnika, Minsk, Belorussiya.
2. Kopeliovich, A.V. and Simanovich, I.S. (1966), „Postsedimentate transformations of rocks of the iot-
niyskaya formation Prionezhya‖, Problemy osadochnoy geologii dokembriya, no.1, Nedra, Moscow, pp. 61-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 138
79.
3. Delitsin, I.S. (1987). Strukturoobrazovansye kvartsevykh porod [Structure forming quartz rocks],
Nauka, Moscow, SU.
4 Кazakov A.N. (1987) Dinamicheskiy analiz mikrostrukturnykh oriyentirovok mineralov [Dynamic
analysis of microstructure orientations of minerals], Nauka, Leningrad, SU.
5. Christie, J.M. and Ardell, A.J. (1979), „Deformation structures in minerals‖, in Wenk H.R. (ed.),
Electron microscopy in mineralogy, Mir, Moscow, SU.
6. Kushnir S.V. and Yaremchuk Ya.V.(2011) „Compression unusual effects of crystalline lattice on ac-
count of hydrated ground up quartz‖. Mineralogical journal (Ukraine), vol. 33. no. 3. pp. 21-27.
7. Kashik, S.A. (1965). „About substitution of quartz by calcite in siltages‖. Geochemistry, no. 2. pp.
180-187.
8. Haggie, M. and Jones, R. (1987) „Density functional analysis of the hydrolysis of Si–O Bonds in dis-
iloxan. Application to hydrolytic weakering in quartz‖. Phil. Mag. Lett. – 55, no 1, pp. 47-51.
9. Kholodov V.N. (2011). „Elyzyonnye systems of Dneprovo-Donetskogo avlakogena. Report 1. Geo-
logical structure of avlakogena, katagenetycheskye processes Predkavkazya and Bolshogo Donbassa‖,
Lytologyya and minerals, no 6, pp. 568-590.
10. Mitsyuk, B.M. and Gorogotskaya, L.I. (1980) Fiziko-khimicheskiye prevrashcheniya kremnezema v
usloviyakh metamorfizma [Physico-chemical transformations of silica under metamorphism], Naukova
dumka, Kiev, UA.
11. Baranov V.A. and Mametova L.F. (2001) „Conformities to the law of forming of types of plastic
microdeformation in the quartz of sandstones of Donbassa‖, Scientific announcer NGAU, no. 5, pp. 77-79.
12. Mametova, L.F. (2011), „Structurally-mineralogical transformations of gas-bearing sandstones of
Donbassis‖, Abstract of Ph.D. (Geol.) dissertation, Dnepropetrovsk. Ukraine.
13. Mametova, L.F. (2012), «Transformation of carbonates of sandstones of middle carboniferous of
Donbas», Mineralogical Collection, no. 62 (1), pp. 202-208.
14. Zabihaylo, V.Yef., Shirokov, A.Z., Byelyy, I.S. [and others] (1974), Geological factors of outbursts
hazards breeds of Donets Basin [Geological factors of prone to outburst breeds of Donbass], Naukova
dumka, Kiev, SU.
15. Minskiy, N.A. (1967) „About communication of second myneralyzatsyy of siltages with tectonic ac-
tivity‖, Izvestiya Akademii nauk SSSR, vol. geol., no. 9, pp. 70-80.
16. Privalov, V.A. (2005), Tektonothermal evolution of the Donets Basin. Abstract of D. Sc. disserta-
tion, Dnepropetrovsk, UA.
17. Fyfe, W.S., Price, N.J. and Thompson, A. (1981), Flyudy v zemnoy kore [Fluids in the Earth’s Crus],
Mir, Moscow, SU.
18. Kukovskiy, E.G. (1973), Prevrashchenia sloistykh silikatov [Transformations of the stratified sili-
cates], Naukova dumka, Kiev, SU.
19. Pavlishin, V.I. (1983), Tipomorfizm kvartsa, sluyd i polevyukh shpatov v endogennyukh obra-
zovaniaykh [Typomofyzm quartz, micas and feldspars in endogenous educations], Naukova dumka, Kiev,
Ukraine.
20. Saruwatari, K., Kameda, J. and Tanaka, H. (2004), „Generation of hydrogen gas in quartz-water
crushing experiments: an example of chemical processes in active faults‖, Phys. and Chem. Minerals, vol.
31. no. 3. pp. 176-182.
______________________________
Про автора
Маметова Людмила Федорівна, кандидат геологічних наук, старший науковий співробітник ла-
бораторії структурних досліджень гірських порід відділу геології вугільних родовищ великих глибин,
Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України, Дніпропет-
ровськ, Україна, igtmnanu@uandex.ru
About the author
Mametova Liudmyla Fedorivna, Candidate of Geology (Ph.D), Senior Researcher in Laboratory of Re-
searches of the Structural Changes in the Rock in Department of Geology of Coal Beds at Great depths, M.S.
Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine (IGTM
NASU), Dnipropetrovsk, Ukraine. igtmnanu@uandex.ru
_______________________________
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №122 139
Аннотация. Растворение и регенерация минералов являются непременными составляю-
щими лито- и катагенеза терригенних отложений. Исследование таких процессов в песчани-
ках угольных месторождений показало бесспорное влияние их на физические, механические,
коллекторские свойства не только песчаников – в геохимических превращениях принимают
участие все породы стратиграфического разреза. Пористость, фильтрация, плотность, газо-
насыщенность, пластические деформации и другие характеристики пород зависят от мине-
ралов, их поведения с изменением условий среды. Среди песчаников угольных месторожде-
ний самые распространенные минералы – это кварц и карбонаты. Они полигенетичны - при-
сутствуют в обломках, в составе цемента – и достаточно стойкие (особенно кварц) при меха-
ническом разрушении. Но от действия химических реагентов карбонаты растворяются пол-
ностью, а кварц – частично. Изменение условий (катагенез) приводит к новообразованию
этих минералов. Факторы этих процессов: температура, давление, водородный потенциал и
флюиды действуют дискретно на скорость реакций, на структурные вариации минералов, на
изменение их свойств и породного массива в целом. По количеству оторочек вторичного
кварца и появлению нескольких генераций кальцита моделируются палеотектонические
движения, провоцирующие их образование.
Ключевые слова: песчаники, катагенез, растворение, регенерация, кварц, карбонаты.
Abstract. Mineral dissolution and regeneration are fundamentally pertinent to the lithogenesis
and catagenesis. Studies of these processes in sandstone of the coal deposits demonstrated their in-
fluence on physical, mechanical and collector properties of not only the sandstones themselves, but
also of the rocks in the stratigraphic column as they undergo geochemical changes. Porosity, hy-
draulic conductivity, density, gas saturation, susceptibility to ductile deformation and other rock
properties depend on the minerals and their behavior in the changing environment. Quartz and car-
bonates are the most common minerals in sandstones of the coal deposits. They are polygenetic,
occurring both as detrital grains and cement, and are characterized by high mechanical resistance
(especially quartz). However, chemical reagents dissolve carbonates completely, while quartz is
dissolved only partially. Changing conditions (as in catagenesis) also lead to new growth of these
minerals. Temperature, pressure, pH and fluids are the factors which discretely affect the chemical
reaction rates, structural varieties of minerals and their properties and properties of the rock column
as a whole. The secondary quartz overgrowths and the presence of several generations of carbonates
are used for modeling paleotectonic movements that trigger them.
Keywords: sandstones, catagenesis, dissolution, regeneration, quartz, carbonates.
Статья поступила в редакцию 2.01.2015
Рекомендовано к печати д-ром геол. наук В.А. Барановым
|