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M.Geo.137, LV 2: Diagenese und Verwitterung

Göttingen, 14. Mai 2014. Diagenese von klastischen Sedimenten. M.Geo.137, LV 2: Diagenese und Verwitterung. Marlene Perschl, Alexander-Maria Ploch, Maren Schröpfer, Oliver Seidel, Caren Sundermeyer. 1. Einführung. Diagenese

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M.Geo.137, LV 2: Diagenese und Verwitterung

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  1. Göttingen, 14. Mai 2014 Diagenese von klastischen Sedimenten M.Geo.137, LV 2: Diagenese und Verwitterung Marlene Perschl, Alexander-Maria Ploch, Maren Schröpfer, Oliver Seidel, Caren Sundermeyer

  2. 1 Einführung Diagenese Alle post-sedimentären Prozesse, in denen das Sediment mit dem vorliegenden Porenwasser zu einem strukturellem und geochemischen Gleichgewicht abhängig vom Ablagerungsmilieu reagiert. System Diagenese Funktion chemischer Thermodynamik und Kinetik Änderungen in der Porenfluidchemie Diagenese-Metamorphose-Grenze Mineralphasen Temperaturübergang: 180-250°C SaltonSea Sandstone, California Riftbecken Stabile Kratone McKinley et al., 2001

  3. 2 Salton Sea Sandstone, California McDowell & Elders, 1980

  4. 3 Prozesse der Diagenese Worden & Burley, 2003

  5. 4 Regime der Diagenese • Unterteilung basiert auf einer Analogie zwischen Beckenentwicklung und diagenetischen Prozessen! • Eogenese: frühe Diagenese • Einfluss des Porenwassers dominiert • flach (Tonsteine) - tausende Meter tief (Sandsteine) • 1-2 km = 30-70°C Mesogenese: Versenkungsdiagenese diagnetische Prozesse wirken auf Sedimente außerhalb des Einflusses von meteorischen Wässern Einfluss Temperatur überwiegt gegenüber Porenwasser Telogenese: Hebungsbezogene Diagenese in gehobenen und exhumierten Gesteinen dem Einfluss meteorischer Wässer freigesetzt (Verwitterung) Basierend auf Choquette & Pray (1970)

  6. 5 Eogenese Boggs, 2006

  7. 1. Kontinentale Bedingungen: fluviatil-alluvial, arid 6 GW Worden & Burley, 2003

  8. 7 2. Kontinentale Bedingungen: fluviatil, humid Worden & Burley, 2003

  9. 8 3. Marine Bedingungen Worden & Burley, 2003

  10. 9 Mesogenese Boggs, 2006

  11. 10 Porosität nach Ablagerung Kompaktion Porosität nach Hauptphase der mechanischen Kompaktion Porosität nach Hauptphase der chemischen Kompaktion Stone & Siever, 1996

  12. 11 Kompaktionsgefüge • Punktkontakte • Floating grains • Rotation • Spröde Bruchbildung • Längskontakte • Suturierte Kornkontakte, • Konvex-Konkav Kontakte • Drucklösung • Sprödes Brechen von • Glimmern Worden & Burley, 2003

  13. 12 Kompaktionsgefüge im Dünnschliff Mechanische Kompaktion Chemische Kompaktion Boggs, 2006 Boggs, 2006 400µm 1600 µm Worden & Burley, 2003 Worden & Burley, 2003

  14. 13 Mesogenese Boggs, 2006

  15. 14 Mineralumwandlungen • Zerstörung instabiler Minerale wie K-Fsp und Zeolit  Ersatz durch Calcit und Qz-Zement • Dehydrationsreaktionen (Verlust von OH- und CO32-) • Bsp.: Gips  Anhydrit SmektitIllit Singer & Müller, 1983

  16. 15 Porenfluide • Oft hohe Salinität der Porenwässer, reduzierend und pH-neutral • Wichtige Reaktionen • Albitisierung von Kalifeldspat, • Alteration von Tonmineralen, • Bildung von Anhydrit-Zement und Sulfiden Eogenesis Fairbridge, 1983

  17. 16 Authigenese von Tonmineralen • Abbau frühdiagenetischer Tonminerale (Smektit, Kaolinit und Montmorillonit) • Bildung von Illit und Chlorit Na+ + KAlSi3O8 → K+ + NaAlSi3O8 3 Al2Si2(OH)5 + 2K+ → 2 KAl3Si3O10(OH)2 + 3 H2O + 2H+ Singer & Müller, 1983 Illit Kaolinit

  18. 17 Telogenese Boggs, 2006

  19. 18 • Chemische Reaktionen: • Fe-Carbonate zu Hämatit und Goethit oxidiert • Bildung Gips aus Pyrit falls Wasser Ca-gesättigt ist • Mineralateration: Fsp. – Tonmineral • Minerallösung: z.B. Pyroxene und Amphibole Eogenesis Fairbridge, 1983

  20. 19 Baker, 1991

  21. 20 Zusammenfassung Boggs, 2006

  22. Methode • Untersuchung der (Ton-) Minerale durch Röntgendiffraktometrie(engl. x-raydiffraction (XRD)) • Isotropen-Franktionierung: δ18 Oals Geothermometer 1000 lnα1-2 = A (106 / T2) + B α1-2 =Fraktionierungsfaktor zweier Phasen A, B = experimentell bestimmte Konstanten T =Temperatur

  23. Altersdatierung • Authigene Tonminerale (z.B. Illit, Chlorit): K-Ar –Radiometrie sowie Rb-Sr –Radiometrie • seltener verwendet: authigene Feldspäte

  24. Larsen & Chilingar, 1983

  25. Literaturverzeichnis • Baker, J. C. (1991): Diagenesis and reservoir quality of the Aldebaran Sandstone, Denison Trough, east-central Queensland, Australia, (Reprinted from Sedimentology (1991)). Entnommen aus Burley, S.D. & Worden, R.H. (2003): Sandstone Diagenesis: Recent and Ancient, Vol. 4, S. 563 – 582. • Berner, R.A. (1980): Early Diagenesis: A Theoretical Approach. Princeton Series in Geochemistry, Prince- ton University Press, Princeton, NJ. • Boggs, S., Jr. (2006): Principles of Sedimentology and Stratigraphy. 4th ed. Pearson Education, Upper Saddle River, NJ. • Burley, S.D. & Kantorowicz, J.D. (1986): Thin section and SEMtextural criteria for the recognition of cement dissolution porosity in sandstones. Sedimentology, 33, 587-604. • Worden, R. H., Burley S. D. (2003): Sandstone Diagenesis: The Evolution of Sand to Stone, in Sandstone Diagenesis: Recent and Ancient (eds S. D. Burley and R. H. Worden), Blackwell Publishing Ltd., Oxford, UK. • Burley, S.D., Kantorowicz, J.D. & Waugh, B. (1985): Clastic diagenesis. In: Sedimentology: Recent and Applied Aspects (EdsP.Brenchley&B.P.B.Williams). Spec. Publ. Geol. Soc. London, No. 18, 189-226. Blackwell Scientific Publications, Oxford. • Chapelle, F.H. (1993): Ground-water Microbiology and Geochemistry. John Wiley &Sons, New York, 448 pp. • Choquette,P.W.&Pray,L.(1970)Geologicnomenclature and classification of porosity in sedimentary carbon- ates. American Association Petroleum Geologists Bulletin, 54, 207-250. • Curtis, C.D. (1977): Sedimentary geochemistry: environ- ments and processes dominated by involvement of an aqueous phase. Philosophical Transactions of the Royal Society, London, 286, 353-372. • Curtis, C.D. (1978): Possible links between sandstone diagenesis and depth-related geochemical reactions occurring in enclosing mudstones. Journal of the Geological Society, London, 135, 107-117. • Ehrenberg, S.N., Aagaard, P., Wilson, M.J., Fraser, A.R. & Duthie, D.M.L. (1993): Depth-dependant transformation of kaolinite to dickite in sandstones of the Norwegian continental shelf. Clay Minerals, 28,325-352. • Fairbridge, R.W. (1983): Syndiagenesis – Anadiagenesis – Epidiagenesis: Phases in Lithogenesis. In: Larson, G. & Chilingar, G. V. (Eds.): Diagenesis in sediments • And sedimentary rocks, 2. 17-113. • Folk, R.L. (1965): Some aspects of recrystallisation in ancient limestones. In: Dolomitization and Limestone Diagenesis (EdsL.C.Pray &R.G.Murray).Spec. Publ. Soc. Econ. Paleont. Miner., Tulsa, OK, 13, 14-48. • Frey, M. (1987): Very low grade metamorphism of clastic sedimentary rocks. In: Low Temperature Metamor- phism (Ed.M. Frey),pp. 9-58. Blackie,London. • Hesse, R. (1987): Selective and reversible carbonate- silica replacements in Lower Cretaceous carbonate- bearing turbidites of the Eastern Alps. Sedimentology, 34, 1055-1077. • McDowell, S.D. &Elders, W.A. (1980): Authigenic layer silicate minerals in Borehole Elmore 1, Salton Sea geothermal Field, California, USA. Contributions to Mineralogy and Petrology, 74, 293-310. • Morad, S., Ketzer, J.M. and De Ros, L.F. (2000): Spatial and temporal distribution of diagenetic alterations in siliciclastic rocks: implications for mass transfer in sedimentary basins. Sedimentology, 47 (Millenium Reviews), 95-120. • Nahon, D.B. (1991): Introduction to the Petrology of Soils and Chemical Weathering. Wiley Interscience, New York, 313 pp. • Odin, G.S. (1990): Clay mineral formation at the con- tinental-ocean boundary: the verdine facies. Clay Minerals, 25, 477-483. • Pettijohn, F.J., Potter, P.E. &Siever, R. (1972): Sand and Sandstone. Springer-Verlag, NewYork. • Schmidt, V. &Macdonald, D.A. (1979): The role of sec- ondary porosity in the course of sandstone diagenesis. In: Aspects of Diagenesis (Eds P.A. Scholle &P.R. Schuldger). Soc. Econ. Paleont. Miner. Spec. Publ., Tulsa, OK, 29, 175-207. • Singer, A. & Müller, G. (1983): Diagenesis in argillaceous sediments. In: In: Larson, G. & Chilingar, G. V. (Eds.): Diagenesis in sediments • And sedimentary rocks, 2. 115-212. • Slater, D.J., Yardley, B.W.D., Spiro, B. & Knipe, RJ. (1994): Incipient metamorphism and deformation in the Variscides of SW Dyfed, Wales: first steps towards isotopicequilibrium.JournalofMetamorphicGeo- logy, 12, 237-248. • Stone, W. N. & Siever, R. (1996): Quantifying compaction, pressure solution and quartz cementation in moderately- and deeply-buried quartzose sandstones from the Greater Green River Basin, Wyoming. SEPM Special Publications, No. 55. Entnommen aus: Boggs, S., Jr. (2006): Principles of Sedimentology and Stratigraphy. 4th ed. Pearson Education, Upper Saddle River, NJ. S. 151. • Tardy, Y. (1969) Geochemie des alterations. Mem. Serv. Carte. Geol. Alsace Lorraine, Strasbourg, 31, 199 pp.

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