Particularitati ale diagenezei rocilor carbonatice

Particularitati ale diagenezei rocilor carbonatice

Compactarea

Procesul de compactare nu este foarte spectaculos in sedimentele carbonatice formate in bazine cu adancime mica, datorita frecventelor cimentari timpurii care confera sedimentelor carbonatice rigiditatea necesara pentru a fi permanent in stare de supraconsolidare in raport cu adancimea de ingropare. Pentru sedimentele formate insa in bazine la adancimi mari (depozitele din lagunele adanci, de pe taluz sau din zonele batiale) acest proces este activ, generand adesea deformari ale particulelor carbonatice plastice (intraclastele), contacte suturale si dizolvari sub presiune cu remobilizarea materialului carbonatic si generarea de stilolite sau structuri pseudonodulare.

Tipuri de porozitati

Porozitatea primara este dependenta de dimensiunile si forma particulelor constituente

Tipuri de pori primari: P. interparticule sau P. intergranulari, P. intercristalini, P. intraparticule, P. prin protectie, P. de cadru scheletic in structurile biotice arborescente, P. fenestrali.

Porozitatea primara poate suferi in timp modificari importante datorita proceselor diagenetice: largire (dizolvare selectiva), reducere (compactare) si umplere (cimentare), iar spatiul poros ramas reprezinta o porozitate secundara.

Tipuri de pori secundari: P. de mulaj prin dizolvarea selectiva a unor particule, P. de deshidratare, uscare sau contractie, P. de bioturbatie (rezultati prin activitatea organismelor asupra unui substrat consolidat sau neconsolidat, vacuole (<0,5m), caverne (>0,5m), canale, fisuri, P. remanenti prin cimentare incom­pleta sau metasomatism cu reducere de volum.

Cimentarea

Factorii care influenteaza cimentarea:

Prezenta suportului: Nucleerea omogena dintr-o solutie este nefavorabila energetic, de aceea nucleerea este heterogena si preferential distribuita unde apare un suport: in spatiul interstitial, la suprafata unor particule clastice sau a unor cristale preexistente.

Lipsa abraziunii: Cristalele mici formate timpuriu sunt usor distruse prin abraziune mecanica generata de curenti, valuri sau vant. Deci zonele cele mai favorabile sunt cele protejate contra acestor agenti de transport: in spatiul intrascheletic, in cavitati inchise, sau in spatiul interstitial si nu la suprafata sedimentului. Cimentarea incepe sub interfata sediment/apa, unde abraziunea este minima.

Suprasaturarea in CaCO₃: Conditie indeplinita in special in apele oceanice din zonele cu adancime mica situate la latitudini joase (climat cald).

Circulatia apei: Pentru a umple cu ciment carbonatic un volum de pori, este necesara circularea a ~100.000 de volume de apa prin acei pori. De aceea cimentarea chimica va avea loc unde este activ mecanismul de pompare a apei in porii sedimentului. Aceste medii dunt marginile selfurilor si in apropierea liniei tarmului.

Oxigenarea apei interstitiale

Timp indelungat. Cimentarea este favorizata acolo unde rata de sedimentare este mica, sedimentul mentinandu-se mai mult timp sub influenta solutiilor suprasaturate in CaCO₃.

Inhibatori ai proceselor de cimentare:

Prezenta membranelor organice. Acestea izoleaza nucleii preexistenti si in felul acesta suportul de dezvoltare epitaxiala este intrerupt iar precipitarea inhibata.

Prezenta ionilor de Mg²⁺, PO₄⁴⁺, SO₄^2-. Actiunea ionilor de Mg²⁺ asupra precipitarii calcitului este data de posibilitatea inlocuirii ionilor de Ca²⁺ cu cei de Mg²⁺. Dar cum raza ionica a Mg este mai mica decat cea a Ca, ramane un spatiu in care ionii OH^- pot usor forma legaturi cu Mg sub forma de Mg(OH)₂. Astfel incat pentru a putea precipita calcitul este necesara mai intai deshidratarea Mg(OH)₂ pentru care insa trebuie comsumata o energie suplimentara. Rezultatul este imposibilitatea precipitarii calcitului. Asemanatoare este si actiunea celorlalti ioni. Acestia adera la suprafata calcitului sau aragonitului preexistent blocand astfel nucleerea si cresterea cristalelor.

Temperatura prea scazuta

Dizolvarea sub presiune

In rocile carbonatice efectele dizolvarilor sub presiune sunt: stilolitele, interfetele de dizolvare si contactele suturale dintre particulele carbonatice (Bathurst, 1991). Fiecare dintre aceste efecte apar in conditii specifice si rareori pot fi regasite impreuna.

Stilolitele sunt suprafete foarte neregulate cu aspect sutural, formate prin dizolvare sub presiune. Aceste suprafete separa doua mase de roci, iar la interfata poate fi prezent sau nu un reziduu insolubil. Stilolitele se dezvolta in special in calcarele pure si ele strabat structura interna a rocii independent de pozitionarea particulelor a cimentului sau a matricii. Aceasta particularitate arata ca formarea stilolitelor este posterioara cimentarii si atingerii unui grad ridicat de rigidizare a rocii. Presiunea necesara favorizarii dizolvarii poate fi data de simpla ingropare sau de catre un stres tectonic. Adesea suprafetele stilolitice sunt paralele cu suprafetele de strat si sunt egal distantate intre ele, in astfel de cazuri diferentele petrografice (neomogenitati, porozitate, cimentare primara) controleaza formarea stilolitelor sub actiunea presiunii litostatice (Bathurst, 1995). Alteori suprafetele stilolitice sunt discordante in raport cu stratificatia, in astfel de cazuri anizotropiile de deformare sub actiunea stresului tectonic sunt factorii care controleaza distributia lor.

Interfetele de dizolvare sunt suprafete ondulate anastomozate pe care se afla concentrat un reziduu insolubil (Tucker & Wright, 1990, Bathurst, 1991). Particulele invecinate interfetelor sunt in general ocolite si nu taiate discordant ca in cazul stilolitelor. Aceste suprafete sunt efectele dizolvarilor sub presiune in rocile carbonatice bogate in fractie argiloasa si sunt concentrate in zonele mai bogate in argila sau la jonctiunea intre zonele sarace si cele bogate in argila. Prin transformarile pe care le sufera mineralele argiloase si carbonatice in acest proces, adesea in jurul interfetelor de dizolvare se concentreaza cristale idiomorfe de dolomit (Wanles, 1979).

Contactele suturale intre particule sunt rezultatul dizolvarilor sub presiune la contactul intre acestea. Acest tip de structura a fost mult timp denumita microstilolitica, cu mentiunea ca suprafetele suturale nu trebuie sa se extinda in spatiul interstitial. Dar in timp, caracterul restrictiv al notiunii a fost uitat si s-a ajuns la situatia de a denumi stilolitele ca microstilolite atunci cand amplitudinea zig-zag-ului stilolitelor era vizibila doar la scara microscopica. Pentru evitarea unor astfel de confuzii s-a apelat la termenul de contact sutural.

Neomorfismul

Neomorfismul este un proces izochimic ce se petrece in stare solida. Efecte: procesele de recristalizare (agradanta s eventuali degradanta), transformari polimorfe si supracresterile (care pot fi uneori mediate de cantitati mici de fluide).

Supracresterea ca proces de dezvoltare cristalina sintaxiala si homocristalina este adesea urmarea dizolvarilor sub presiune la scara mica (la contactul dintre particule), caz in care prezenta unul film subtire de apa va accelera atat dizolvarea cat si supracresterea. Tipic pentru calcare este supracresterea pe placutele de echinide.

Recristalizarea produce modificarea texturii initiale a agregatelor cristaline. Prezenta impuritatilor, a substantei organice actioneaza ca inhibitori ai recristalizarii, iar transformarile polimorfe datorate instabilitatii (termodinamice) a unor minerale (aragonit) sau stari cristaline (criptocristaline) determina accelerarea procesului de recristalizare.

Metasomatismul diagenetic

Metasomatismul este un proces de substitutie diagenetica a unor faze minerale (paleosom) prin intermediul unor fluide cu compozitii diferite, aflate in dezechilibru chimic cu paleosomul. Substitutia este un proces in lant: dizolvare, dezechilibru in compozitia solutiei nou formate si precipitarea noii faze minerale (neosom). Substitutia poate fi totala sau partiala si este initiata pe zonele de discontinuitati (fisuri, clivaje, contacte). In calcare frecvent acest proces duce la silicifieri locale, daca fluidul interstitial este bogat in silice dizolvata. Acestea au loc mai ales in zonele mai permeabile, canalele de bioturbatie, eventual. Uneori, substitutia are loc cu micsorare de volum (dolomitizare), rezultand pori secundari intercristalini.