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M.Geo.137, LV 2: Diagenese und Verwitterung
Diagenese von klastischen Sedimenten
Marlene Perschl, Alexander-Maria Ploch, Maren Schröpfer, Oliver Seidel, Caren Sundermeyer
Göttingen, 14. Mai 2014
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•Salton Sea Sandstone, California
Einführung
McKinley et al., 2001
Stabile Kratone
Riftbecken
1
Salton Sea Sandstone, California
McDowell & Elders, 1980
2
Prozesse der Diagenese3
Worden & Burley, 2003
Regime der Diagenese
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)
• 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
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Eogenese
Boggs, 2006
5
1. Kontinentale Bedingungen: fluviatil-alluvial, arid
GW
6
Worden & Burley, 2003
2. Kontinentale Bedingungen: fluviatil, humid
7
Worden & Burley, 2003
3. Marine Bedingungen
8
Worden & Burley, 2003
Mesogenese
Boggs, 2006
9
Stone & Siever, 1996
Porosität nach Ablagerung
Porosität nach Hauptphase der mechanischen Kompaktion
Porosität nach Hauptphase der chemischen Kompaktion
Kompaktion10
• Punktkontakte
• Floating grains
• Rotation
• Spröde Bruchbildung
• Längskontakte
• Suturierte Kornkontakte,
Konvex-Konkav Kontakte
• Drucklösung
• Sprödes Brechen von
Glimmern
Kompaktionsgefüge11
Worden & Burley, 2003
Kompaktionsgefüge im DünnschliffMechanische Kompaktion Chemische Kompaktion
400µm
1600 µm
Boggs, 2006 Boggs, 2006
12
Worden & Burley, 2003Worden & Burley, 2003
Mesogenese
Boggs, 2006
13
• 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
Mineralumwandlungen
Singer & Müller, 1983
14
Porenfluide• Oft hohe Salinität der Porenwässer, reduzierend und pH-neutral
• Wichtige Reaktioneno Albitisierung von Kalifeldspat,o Alteration von Tonmineralen,o Bildung von Anhydrit-Zement und Sulfiden
Fairbridge, 1983
Eogenesis
15
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+
Kaolinit Illit
Singer & Müller, 1983
16
Telogenese
Boggs, 2006
17
Eogenesis
18
Fairbridge, 1983
• Chemische Reaktionen:o Fe-Carbonate zu Hämatit und Goethit oxidierto Bildung Gips aus Pyrit falls Wasser Ca-gesättigt ist o Mineralateration: Fsp. – Tonmineralo Minerallösung: z.B. Pyroxene und Amphibole
Baker, 1991
19
Zusammenfassung
Boggs, 2006
20
Methode
• Untersuchung der (Ton-) Minerale durch Röntgendiffraktometrie (engl. x-ray diffraction (XRD))
• Isotropen-Franktionierung: δ18 O als Geothermometer
1000 lnα1-2 = A (106 / T2) + B
α1-2 =Fraktionierungsfaktor zweier PhasenA, B = experimentell bestimmte KonstantenT =Temperatur
Altersdatierung
• Authigene Tonminerale (z.B. Illit, Chlorit): K-Ar –Radiometrie sowie Rb-Sr –Radiometrie
• seltener verwendet: authigene Feldspäte
Larsen & Chilingar, 1983
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