Diagenese van sedimentaire gesteenten

Diagenese is het proces waarbij sedimentair gesteente worden veranderd nadat ze zijn afgezet, maar voordat ze worden begraven en verhard (in steen veranderd). Bij dit proces zijn fysische, chemische en biologische veranderingen betrokken die van invloed kunnen zijn op de mineralogie, textuur en andere eigenschappen van de sedimentair gesteente. Diagenese kan plaatsvinden bij relatief lage temperaturen en drukken, meestal binnen de bovenste kilometers van de aardkorst. Het kan een verscheidenheid aan processen omvatten, zoals verdichting, cementering, oplossing, herkristallisatie en de vorming van nieuw materiaal. mineralen. Over het algemeen speelt diagenese een cruciale rol bij het vormgeven van de eigenschappen en kenmerken van sedimentair materiaal rotsen.

Fysische en chemische veranderingen tijdens diagenese

Tijdens diagenese kunnen fysische en chemische veranderingen optreden in sedimentair gesteente. Fysieke veranderingen omvatten verdichting en cementering, terwijl chemische veranderingen oplossing, neerslag en vervanging omvatten.

Verdichting vindt plaats wanneer sedimentaire lagen onder extra lagen worden begraven, wat resulteert in een afname van de poriënruimte tussen sedimentkorrels. Deze verkleining van de poriënruimte zorgt ervoor dat de sedimentkorrels dichter bij elkaar komen, wat leidt tot een toename van de dichtheid en sterkte van het gesteente.

Cementering treedt op wanneer mineralen, zoals kwarts or calcietprecipiteren uit vloeistoffen die door het sediment sijpelen, waardoor de resterende poriënruimte wordt opgevuld en de sedimentkorrels aan elkaar worden gebonden.

Oplossen vindt plaats wanneer mineralen in het sediment worden opgelost door vloeistoffen, waardoor lege ruimte overblijft. Neerslag vindt plaats wanneer opgeloste mineralen in vloeistoffen in het sediment worden afgezet, waardoor lege ruimte wordt opgevuld en mogelijk bestaande mineralen worden vervangen. Vervanging vindt plaats wanneer mineralen in het sediment worden vervangen door verschillende mineralen die tijdens diagenese door vloeistoffen worden geïntroduceerd.

Factoren die de diagenese beïnvloeden

Verschillende factoren kunnen de diagenese van sedimentair gesteente beïnvloeden, waaronder:

1. Temperatuur zone(s): Diagenese wordt beïnvloed door de temperatuur, omdat hogere temperaturen ervoor kunnen zorgen dat mineralen herkristalliseren en de mineralogie veranderen.
2. Druk: Druk kan ook een rol spelen bij diagenese, omdat verhoogde druk verdichting en cementatie van sedimentaire deeltjes kan veroorzaken.
3. vloeistoffen: De vloeistoffen die aanwezig zijn in sedimentair gesteente kunnen ook de diagenese beïnvloeden. Grondwater kan bijvoorbeeld de mineralogie van sedimentair gesteente veranderen door oplossing en neerslag.
4. Tijd: Hoe langer sedimentair gesteente begraven ligt, hoe meer tijd er is voor diagenese.
5. Samenstelling van het sediment: De samenstelling van het sedimentair gesteente kan ook de diagenese beïnvloeden, omdat sommige mineralen daar gevoeliger voor zijn wijziging dan anderen.
6. Klimaat: Het klimaat waarin sedimentair gesteente wordt afgezet, kan ook de diagenese beïnvloeden. Droge klimaten kunnen dat bijvoorbeeld wel leiden tot de vorming van verdampers, terwijl vochtige klimaten kunnen leiden tot de vorming van kaoliniet.

Soorten diagenese: verdichting, cementatie, herkristallisatie, vervanging en andere

Er zijn verschillende soorten diagenese die kunnen voorkomen in sedimentair gesteente:

1. Verdichting: Terwijl sediment wordt begraven, zorgt het gewicht van de bovenliggende lagen ervoor dat de korrels samengedrukt worden en dicht bij elkaar komen, waardoor het volume van de poriënruimte ertussen afneemt.
2. Cementeren: Naarmate de porieruimte kleiner wordt, kunnen mineraalrijke vloeistoffen door het gesteente stromen, waardoor mineralen worden afgezet die de granen aan elkaar binden. Veel voorkomende cementen zijn onder meer calciet, kwarts en kleimineralen.
3. Herkristallisatie: Onder omstandigheden van verhoogde temperatuur en druk kunnen mineralen in het gesteente oplossen en opnieuw neerslaan als grotere, stabielere kristallen.
4. Vervanging: In sommige gevallen worden mineralen in het oorspronkelijke sediment vervangen door nieuwe mineralen. Bijvoorbeeld, aragoniet schelpen kunnen oplossen en worden vervangen door calciet.
5. Ontbinding: Sommige mineralen kunnen tijdens de diagenese oplossen, waardoor poriën of vugs achterblijven.
6. Organische processen: Bacteriële activiteit kan methaan produceren, waardoor carbonaatmineralen kunnen neerslaan.

Het type en de mate van diagenese die in sedimentair gesteente plaatsvindt, zijn afhankelijk van een verscheidenheid aan factoren, waaronder de samenstelling en textuur van het oorspronkelijke sediment, de begraafdiepte en -duur, temperatuur, druk en de chemie van vloeistoffen die door het gesteente stromen.

Diagenese en porositeit/permeabiliteit van sedimentair gesteente

Diagenese kan een aanzienlijke impact hebben op de porositeit en permeabiliteit van sedimentair gesteente. Verdichting, cementering en vervanging kunnen allemaal leiden tot een vermindering van de porositeit en permeabiliteit, terwijl herkristallisatie en sommige vormen van cementering feitelijk de porositeit en permeabiliteit kunnen vergroten.

Verdichting vindt plaats wanneer sediment wordt begraven en het gewicht van het bovenliggende sediment ervoor zorgt dat de sedimentkorrels dichter op elkaar worden gepakt. Dit verkleint de poriënruimte in het gesteente, waardoor de porositeit en permeabiliteit ervan afnemen.

Cementering vindt plaats wanneer mineralen neerslaan uit vloeistoffen die de poriën tussen sedimentkorrels vullen. Deze cementerende mineralen kunnen de porieruimten volledig vullen, waardoor de porositeit en permeabiliteit van het gesteente verder worden verminderd.

Vervanging vindt plaats wanneer mineralen in het gesteente worden vervangen door andere mineralen. Dit proces kan ook de porositeit en permeabiliteit verminderen, omdat de nieuwe mineralen mogelijk niet dezelfde poriestructuur hebben als de oorspronkelijke mineralen.

Herkristallisatie vindt plaats wanneer bestaande mineralen in het gesteente worden opgelost en opnieuw worden neergeslagen als grotere, meer gelijkdimensionale kristallen. Dit proces kan de porositeit en permeabiliteit vergroten als de nieuwe kristallen de poriën niet opvullen of als er tijdens het proces nieuwe poriën ontstaan.

Over het geheel genomen is de impact van diagenese op de porositeit en permeabiliteit complex en afhankelijk van een verscheidenheid aan factoren, waaronder de oorspronkelijke afzettingsomgeving, de aard van het sediment, het type diagenese dat plaatsvindt en de timing en duur van de diagenetische processen.

Voorbeelden van diagenetische kenmerken en hun betekenis bij het interpreteren van afzettings- en diagenetische geschiedenissen van sedimentair gesteente

Er zijn verschillende diagenetische kenmerken die kunnen worden gebruikt om de afzettings- en diagenetische geschiedenis van sedimentair gesteente te interpreteren. Hier zijn een paar voorbeelden:

1. Cementeren: Cementering vindt plaats wanneer mineralen neerslaan in de poriën tussen sedimentkorrels, waardoor de ruimtes worden opgevuld en de korrels aan elkaar worden gebonden. Afhankelijk van de samenstelling van het sediment en de vloeistoffen die aanwezig zijn tijdens de diagenese kunnen zich verschillende soorten cement vormen. Cementeren kan de porositeit verminderen en de permeabiliteit van een gesteente vergroten, wat de vloeistofstroom door het gesteente kan beïnvloeden.
2. Herkristallisatie: Herkristallisatie vindt plaats wanneer mineralen in een gesteente worden vervangen door nieuwe kristallen van hetzelfde mineraal. Dit kan gebeuren als gevolg van veranderingen in temperatuur, druk of vloeistofchemie tijdens diagenese. Herkristallisatie kan de textuur en structuur van een gesteente veranderen, en kan ook mineralogische veranderingen veroorzaken die de eigenschappen van het gesteente beïnvloeden.
3. Dolomitisering: Dolomitisatie vindt plaats wanneer magnesiumrijke vloeistoffen calciumcarbonaat in een sedimentair gesteente vervangen en zo het mineraal vormen dolomiet. Dit proces kan plaatsvinden tijdens de diagenese of later in de geschiedenis van het gesteente, en kan resulteren in aanzienlijke veranderingen in de porositeit en permeabiliteit van het gesteente.
4. Vervanging: Vervanging vindt plaats wanneer een mineraal wordt vervangen door een ander mineraal, meestal als gevolg van veranderingen in de vloeistofchemie. Tijdens begrafenisdiagenese kunnen veldspaat in zandsteen bijvoorbeeld worden vervangen door kleimineralen, wat de mechanische eigenschappen van het gesteente kan beïnvloeden.
5. Concreties: Concreties zijn bolvormige of eivormige lichamen die zich tijdens diagenese in sedimentair gesteente vormen. Ze kunnen ontstaan ​​door het neerslaan van mineralen in poriën, of door de groei van kristallen rond een kern. Concreties kunnen belangrijke aanwijzingen opleveren over de omstandigheden die aanwezig zijn tijdens diagenese, evenals over de afzettingsomgeving van het gesteente.

Door deze diagenetische kenmerken te bestuderen, kunnen geologen inzicht krijgen in de omstandigheden die aanwezig zijn tijdens diagenese, evenals in de afzettingsomgeving en de geschiedenis van het sedimentair gesteente. Deze informatie kan worden gebruikt om de eigenschappen van het gesteente en zijn potentieel als reservoir voor olie, gas of grondwater te interpreteren.