Diagenesis in carbonate sediments: A review

Zusammenfassung

Liest man alte Lehrbücher, die vor mehr als 25 Jahren erschienen sind, so erkennt man, welcher Fortschritt auf dem Gebiet der Karbonatdiagenese seither zu verzeichnen ist. Diese Fortschritte sind auf verschiedenen benachbarten Wegen erreicht worden, speziell durch Gefügeuntersuchungen mit dem Mikroskop, durch das Studium rezenter mariner Sedimente und durch die Anwendung der Prinzipien der Elementreaktionen in Lösungen. Als Ergebnis können wir heute viele diagenetische Stadien mit bestimmten Gefügemerkmalen und in erster Annäherung mit 4 Lösungsmilieus in Verbindung bringen. Meereswasser bewirkt typisches Wachstum von Aragonit und Hoch-Mg-Calcit, die wir in den fossilen calcitischen Gefügen wiedererkennen können. Süßwasser bewirkt auf der anderen Seite ein typisches Calcitwachstum, das wir ebenfalls in alten Gesteinen wiederfinden können. Lösungen, die aus kompaktierenden tonhaltigen Sedimenten aufsteigen, erzeugen calcitische Zementationsgefüge, die wir heute zu verstehen gelernt haben. Eine Mischung von Meereswasser und Süßwasser ist nicht nur für die beach-rock Zementation mit Aragonit und Hoch-Mg-Calcit verantwortlich, sie bewirkt auch Dolomitisierung nach dem „Dorag“-Modell.

Organische Komponenten wie etwa Huminsäuren haben einen deutlichen Einfluß auf die Diageneseprozesse unter marinen Bedingungen. Den Diageneseprodukten werden schließlich die Einwirkungen der Drucklösung überlagert. Als Schlüssel zum Ablauf der Diagenese vergangener Zeiten verbleiben Spurenelemente wie Magnesium, Strontium und Uran sowie das reliktische Isotopenverhältnis von Sauerstoff und Kohlenstoff erhalten; sie markieren die Zusammensetzung längst vergangener Lösungen. Wir können heute besser die Anteile verschiedener Diageneseprozesse, die Dauer der Wirkung bestimmter Prozesse, den Ausgleich zwischen geschlossenen und offenen chemischen Systemen, die Bewegungen und Mischungen sowie chemischen Veränderungen des Grundwassers abschätzen.

Abstract

Reading the old textbooks of more than twenty-five years ago reveals the enormous progress made in our understanding since those days. Advances have been made along several related paths, particularly through the study of texture and structure with the microscope, the examination of Recent marine sediments and the application of the principles of solution chemistry. As a result we can now relate many diagenetic products with distinctive textures or structures to one of, say, four main types of aqueous solution. Sea water yields characteristic growths of aragonite and Mg-calcite whose fossilized calcitic remains we can yet recognise in the ancient. Fresh water gives rise to other individual calcite textures whose imprint also we can distinguish in the old rocks. Solution extruded at depth from compacting clays produce even other calcite textures which we are now beginning to understand. Certain mixtures of sea water with fresh water provide not only beach rocks with aragonite and Mg-calcite cements but dolomites through the Dorag process. Clearly influential in the control of marine precipitation we find organic compounds such as the humic acids.

Superimposed on these products are the results of pressure solution. Clues to the action of processes in the distant past remain in the form of traces of magnesium, strontium or uranium and of relic isotopic ratios of oxygen and carbon, indicators of the composition of long vanished solutions. We think more clearly that before about rates of processes, duration of exposure to diagenetic environments, the balance between relatively closed and open chemical systems, the movements and mixing of ground waters and their chemical changes. In these and other ways carbonate diagenesis has come of age.

Résumé

Parmi les vieux manuels agés de vingt-cinq ans ou davantage, on est frappé d'un coup d'∄il du progrès réalisé, surtout par l'étude des textures et des structures au microscope, par l'examen des sédiments marins actuels et par l'application de la chimie aqeuse. Conséquement on peut aujourd'hui lier les produits diagénétiques avec quatre solutions principaux. L'eau de mer donne les accroissements typiques en aragonite et en calcite-hautement magnésienne, reconnaisables aux calcaires anciens. L'eau douce fait surgir des textures individuelles en calcite. Aux profondeurs plus grands, les solutions exprimées des argiles y peuvent encore provoquer d'autres textures en calcite. L'eau de mer et l'eau douce, melées ensembles, y donnent naissance aux beach-rocks et aux dolomies. Franchement influents, aux précipitations marines, sont les composés organiques. Tout peut Être subi de la pression-solution. Données de la diagenèse ancienne restent telles que les traces du magnésium, du strontium et de l'uranium et des niveaux enδ ¹⁸O etδ ¹³C, témoins des compositions des solutions depuis longtemps disparues. On pense plus clairement qu'autrefois des taux des processus, des durées d'exposition aux milieux diagénétiques, du bilan entre les systèmes relativement fermés ou ouverts, des mouvements et des mélanges des eaux sousterraines et de leures changements chimiques. Dans telles mesures, l'étude de la diagenèse carbonatée a atteint sa majorité.

кРАткОЕ сОДЕРжАНИЕ

пРИ ИжУЧЕНИИ кАРБОНА тНых пОРОД пРОцЕссы Д ИАгЕНЕжА И цЕМЕНтАцИИ Их В УслОВ Иьх МОРскОИ сРЕДы ьВльУт сь ДО сИх пОР ЕЩЁ АктУА льНОИ пРОБлЕМОИ. БыстРАь цЕ МЕНтАцИь с ОДНОИ стОРОНы И пРОД ОлжИтЕльНыЕ ДИАгЕНЕ тИЧЕскИЕ Их пРЕОБРАжОВАНИь с ДРУ гОИ ОтВЕтстВЕННы жА тО, ЧтО ИсхОДНыЕ Отл ИЧИтЕльНыЕ ЧЕРты стР ОЕНИь сОхРАНьУтсь ДАжЕ пРИ ИжМЕНЕНИИ МИНЕРАлОгИЧЕскОгО с ОстАВА. ДО сИх пОР сЧИтАлИ, ЧтО ОБРАжОВАНИЕ МОРскИх ООИДОВ пРОИсхОДИт ВОкРУг кР ИстАллОВ АРАгОНИтА, НО пОлУЧЕН ы ВЕскИЕ ДОкАжАтЕльс тВА тОгО, ЧтО Их ОБРАжОВАНИЕ МОжЕт пРОИсхОДИть И ВОкРУг кАльцИтА. цЕМЕНтАцИь И ИНВЕРсИ ь пОД ВлИьНИЕМ пРЕсНы х ВОД сВьжАНА с ИНтЕНсИВНы М ИОННыМ ОБМЕНОМ. кАлИЧЕ — ЧИлИИскУУ сЕ лИтРУ — МОжНО РАссМАт РИВАть, кАк кАльцИтНУУ пОЧВУ, пРИ ЧЕМ жДЕсь ОтВОДИтсь НЕ МА лАь РОль И МИкРООРгАН ИжМАМ. ДИАгЕНЕж пОД МОЩНыМИ пОкРОВАМИ жАВИсИт В Б ОльшОИ стЕпЕНИ От ИжМЕНЕНИь хИМИЧЕскИх УслОВИИ пОРОВых пОД; п РИ РАспАДЕ ОРгАНИЧЕс кОгО ВЕЩЕстВА ОБРАжУЕтсь ОсНОВНОЕ кОлИЧЕстВО SO₂, кОтОРыИ ИгРАЕт пРЕВ ОстЕпЕННУУ РОль пРИ пРОцЕссАх ДИАгЕНЕжА. пОРОВыЕ ВОДы ьВльУтсь ВАжНыМ ФАкт ОРОМ пРИ глУБИННОМ ДИ АгЕНЕжЕ.