Хэллем Э. Интерпретация фаций и стратиграфическая последовательность

Подождите немного. Документ загружается.

5. ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ МОРЯ

131

ПРИМЕЧАНИЯ

КИМЕРИДЖ-

СКИЕ НИЛЬСКИЙ ЧЕРНОЕ

ГЛИНЫ IiOHUC МОРЕ

Конвективное перемет ива -

нуе

cnoco&cnwypm

расцвети

лакколитов

Анаэробные

придонные

условия

Периодически

анаэробные

приданные

условия

Придонная

среда, насыщенная 0

Нокпалит*

известняки

Нефте-

носные

сланцы

Битуми

нозные

сланцы

Глины

Сапропели

спошпит.

Сапропель

Иротосипро-

пель

Органический

ил Ч

Турбидитные

игемилела-

гические

алевропели-

товые илы

РИС.

5.5. Сравнение литологии и условий накопления кимериджских глин

Дорсета и осадков конуса дельты Нила и Черного моря

[472].

тверждение этой гипотезы было найдено Хэллемом и Селлвудом

[194],

которые показали, что в Южной Англии суммарные ла-

теральные вариации мощности, которые могут быть связаны

с рельефом дна и дифференциальным погружением, умень-

шаются от нижней и низов средней юры к верхней юре; они

показали также, что кимеридж соответствует времени повышен-

ной тектонической подвижности и опускания прогибов в Бри-

танском регионе.

Необходимо также иметь в виду, как это и вытекает из об-

рисованной выше общей модели, что чем мелководнее море, тем

заметнее должно быть влияние неровностей дна на ослабление

циркуляции и, следовательно, тем больше вероятность возникно-

вения застоя. Это может помочь объяснить залегание многих

битуминозных сланцев в подошве трансгрессивных серий или

близко от нее.

Детальное изучение разрезов юрских битуминозных сланцев

показало, что они редко бывают однородными по разрезу, и эти

изменения фаиий могут связываться с различной степенью за-

стоя

[187].

Это подтверждается и более поздними исследова-

ниями.

Так, в Дорсете в стратотипическом разрезе кимериджа Тай-

соном и др. [472] выявлена тонкая цикличность, которая свя-

зывается с изменяющейся степенью насыщения придонных вод

кислородом в результате периодического подъема и понижения

раздела O

S (рис. 5.5), Предполагается, что термоклин был

главным фактором, контролировавшим стратификацию и застой

в водной толще. Моррис [340] в своем обзоре основных юрских

132

5. ДРЕВНИЕ ЭППКОНТППЕНТАЛЬНЫЕ МОРЯ

битуминозных сланцевых формации Британии также отмечает,

что кимериджские глины, вероятно, накапливались при перио-

дической смене условий умеренного насыщения кислородом

полностью бескислородными условиями. В противоположность

этому глины келловея — нижнего Оксфорда отлагались в воде,

умеренно насыщенной кислородом, в то время как тоарские

слои Джет-Рок,- вероятно, накапливались в придонных водах,

очень бедных кислородом, и восстановительные условия в них

начинались сразу па поверхности осадка.

Одна из наиболее интересных интерпретаций, основанная на

детальном палеоэкологическом анализе посидониевых сланцев,

стратиграфического аналога слоев Джет-Рок, широко известных

благодаря превосходно сохранившейся фауне позвоночных, при-

надлежит Кауффману

[256].

То,

что эта часто рассматриваемая формация накаплива-

лась в совершенно бескислородных условиях, было общим мне-

нием,

основанным на наличии в ней тонких слоиков органиче-

ского материала, развитии пирита и на 'Присутствии окаменело-

стей прекрасной сохранности, включая кожу, головоногих

моллюсков с сохранившимися крючками на щупальцах, полные

скелеты членистоногих и рыб. Двустворки и криноидеи, встре-

чающиеся вместе с древесным плавником, считались псевдо-

планктонными организмами.

Однако Кауффман выдвинул против такой интерпретации

следующие аргументы:

Имеется редкий, но несомненный бентос, включающий

фораминифер, двустворок и морских ежей.

Двустворчатый моллюск

Posidonia (-Bosiira?),

по кото-

рому названа формация, имеет раковину, характерную для бен-

тосного образа жизни.

Биссусные и прикрепляющиеся двустворки обильны, а дре-

весный плавник редок. Плавающая древесина является плохим

субстратом для современных двустворок.

Остатки позвоночных хорошо сохранились только

снизу,

а их верхние части, очевидно, были уничтожены.

Средние посидониевые сланцы с горизонтами кокколитовых

известняков соответствуют наиболее глубоководным и наиболее

застойным условиям.

"Posidonia"

встречаются только вблизи их

кровли и подошвы. Кауффман предполагает, что они требуют

больше кислорода, чем иноцерамы, которые распространены по

всему разрезу. Наиболее крупные раковины аммонитов обросли

с верхней стороны эпибионтами; видимо, они поднимались над

бескислородным слоем. Кринондеи не прикрепляются к плаваю-

щей древесине.

Для своей интерпретации (рис. 5.6) Кауффман привлекает

частые периодические небольшие флюктуации степени недосы-

5. ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ МОРЯ

133

О-

о,

-O

щения кислородом в усло-

виях неустойчивого рав-

новесия и предполагается

существование водоросле-

во-грибкового мата, пере-

крывавшего границу

Оз—O

и пропускавшего

при этом глинистые осад-

ки.

Бесспорно, условия,

реконструируемые Кауф-

фманом, резко отличают-

ся от тех, которые ожида-

ются в застойном бассей-

не с мощной бескислород-

ной зоной в нижней части

водной толщи.

АНОМАЛЬНАЯ

СОЛЕНОСТЬ

Вначале рассмотрим

доказательства существо-

вания режимов повышен-

ной солености, которые

нам представляют внутри-

континентальные эвапори-

товые бассейны. Одним из

наиболее изученных таких

бассейнов является девон-

ский прогиб Элк-Пойпт

в западной Канаде, про-

тягивающийся из Альбер-

ты в Саскачеван. Топко-

слоистые осадки, состоя-

щие из кальцита, доло-

мита, ангидрита и органи-

ческого вещества, образуют базальные пачки формаций Маскег

и Прейри и вверх переходят в массивные ангидритовые и галп-

товые пласты. Эти породы залегают в межрифовых простран-

ствах между карбонатными постройками, сложенными форма-

циями Виннипегосис и Кег-Ривер (рис. 5.7).

Чтобы объяснить происхождение ламинитов, Ширман и Фал-

лер [430] привлекли модель себхи. Предполагается, что ла-

мины органического вещества образованы в результате роста

водорослевого мата в приливно-отливной зоне неглубоко под

водой или в условиях периодического осушения; вторичный кон-

12=

-о.

РИС.

5.6. Модель, отражающая небольшие

флюктуации границы 'аэробных условий

(-f-0

)

и условий нехватки кислорода,

вплоть до анаэробных (—O

) на дне моря,

где накапливались посидониезые слапны,

а также реакцию бентоснон биоты на эти

флюктуации. Граница между 4-O

и —O

показана жирным пунктиром

[256].

134

5 ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ МОРЯ

Северная

Альберта, Саскачеваи,

центр,

часть

центр,

часть

РИС 5.7. Стратиграфические соотношения в среднедевонских отложениях

прогиба Элк-Пойнт ([94], с упрощениями). 1 — карбонаты, преимущественно

доломиты; 2 — ламиниты; 3—ангидрит; 4 — галит.

крецнонный ангидрит образовался при последующем осушении

в супралиторальпой обстановке.

Такая интерпретация оспаривается Девнсом и Ладлемом

[94],

которые подчеркивают, что ламины, мощность которых ко-

леблется от долей миллиметра до примерно 1 см, состоят из

минеральных слоев кальцита, доломита и ангидрита, разделен-

ных пленками бесструктурного органического вещества, содер-

жащего динофлагеллаты. С этими ламинитами переслаиваются

пласты обломочных карбонатов с градационной слоистостью; их

количество и мощность увеличиваются вблизи карбонатных по-

строек.

Было выдвинуто несколько аргументов против гипотезы во-

дорослевого мата на приливной отмели, предложенной Ширма-

ном и Фаллером:

Нет явного сходства между девонскими ламинитами и со-

временными слоистыми водорослевыми осадками залива Шарк

и побережья Абу-Даби. В частности, нет признаков осушения,

ламиниты выдержаны по латерали, а отдельные ламины можно

проследить на расстояния до 25 км.

Модель себхи не может объяснить происхождения мощ-

ных перекрывающих отложений ангидрита и галита.

Карбонатные горизонты с градационной слоистостью ука-

зывают на отложение в подводных условиях турбндитнымп те-

чениями, направленными со стороны выступавших в рельефе

карбонатных построек.

Было проведено сравнение с современными ламинитами,

формировавшимися в стратифицированных водных массах, и

ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ МОРЯ

135

было замечено, что в Черном море отдельные ламины прослежи-

ваются на расстояния, превышающие 1000 км. Отсутствие бен-

тоса и биотурбации указывает на застойные придонные условия.

Из-за отсутствия каких-либо признаков перемыва предпола-

гают, что девонские отложения прогиба Элк-Пойнт накопились

ниже базиса воли в мелководном полуизолировапном эпикон-

типентальном море, открытом на северо-запад. Карбонатные

постройки способствовали ограничению циркуляции и были ис-

точником градационных слоев. Испарение превышало выпадение

атмосферных осадков, и в удаленных от океана частях бассейна

верхние слон воды пересыщались солями. Возникал обратный

подток рассола, что фиксируется фациальнымн поясами с пере-

ходом от ангидрита через галит к калийным солям, И конкре-

ционный ангидрит, и энтеролитовые складки рассматриваются

как днагенетические образования, не связанные с периодиче-

скими осушениями.

Опираясь на высоту карбонатных построек, часть которых

несет в своих верхних частях признаки вадозных процессов, Де-

вис и Ладлем оценивают максимальную глубину воды во время

накопления ламинитов в 50 м. Если в это время постройки еще

росли, то глубины должны были быть еще меньше. Более глу-

боководные условия, предполагавшиеся па основании общей

300-метровой мощности эвапоритов, исключаются, так как фор-

мирование ламинитов контролировалось размещением карбо-

натных построек, которые в этом случае были бы затоплены.

Интерпретация происхождения эвапоритов прогиба Элк-

Пойнт, данная Девисом и Ладлсмом, вероятно, приложнма и

к другим крупным эвапоритовым телам, особенно к тем, в ко-

торых часто описываются битуминозные ламины. Так, знаме-

нитые верхнепермские эвапориты Техаса и Нью-Мексико в це-

лом похожи* так как более древняя серия слоистых битуминоз-

ных кальцнтовых и ангидритовых осадков формации Кастайл

перекрыта здесь формацией Саладо, сложенной более раствори-

мыми солями, такими, как галит, сильвинит и полигалит. Как

правило, считается, что эти эвапориты были отложены в замк-

нутом морском бассейне; по отношению к подстилающим кар-

бонатным формациям, включающим риф Капитан, рассмотрен-

ный в гл. 3, бассейн располагался в тылу рифов

[452].

Андер-

сон и Керкленд [12] продемонстрировали прекрасную корре-

ляцию лампп в формации Кастайл па расстоянии, превышаю-

щем 14 км, и обнаружили существование столь же протяженных

ламин в верхнеюрской формации Тодилто в Нью-Мексико.

Что касается эвапоритов цехштейна Северо-Западной Ев-

ропы (которые в целом одновозрастны с серией Очоа, включаю-

щей формации Кастайл и Саладо [37]), то Рнхтер-Бсрнбург

[382] утверждал возможность уверенной корреляции их ламин

136

5. ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ МОРЯ

на расстоянии почти 300 км. Стоит напомнить, что основание

разреза цехштейна сложено морскими битуминозными ламини-

тами.

По аналогии с современными примерами, упомянутыми

в гл. 3, многие из органических ламинитов вполне могут быть

варвамн. В значительной степени это допускается и для многих

других типов ламин, состоящих из различных солей и карбонат-

ных минералов

[452].

Теперь мы обратимся к другим группам отложений, свиде-

тельствующих о существовании обширных мелководных морей,

переходящих в лагуны с соленостью, существенно отличающейся

от солености океана, но в этом случае, не содержащих или

почти не содержащих эвапорптовых минералов. Примеры взяты

из мезозоя Северо-Западной Европы.

Развитые здесь так называемые рэтские слои по присутст-

вию характерной двустворки

Rhaetavicula concorta

в целом кор-

релируются со слоями Кёссен в Австрийских Альпах, отно-

сящимися к терминальному триасу (рэту) и южнее переходя-

щими в верхнюю часть известняков Дахштейн. Они состоят

главным образом из пачки тонкослоистых битуминозных слан-

цев (слои Уэстберн в Англии, слон с Rh.

contor'ta

в ФРГ), вверх

переходящей в мергели и известняки в Англии и в песчаники

в ФРГ.

Слон Кёссен и их карпатские эквиваленты [157] содержат

богатую и разнообразную фауну двустворок, включая крупные

толст остворчатые мегалодонтпды, форамипиферы и остра коды.

Обычны также замковые брахиоподы, рифостроящие кораллы и

различные типы иглокожих, а аммониты, известковые губки и

гидроиды встречаются редко. Часто считают, что эти отложения

образовались на окраине океана Тетпс. В противоположность

этому «рэт» Северо-Западной Европы содержит однообразную

фауну, ограниченную главным образом несколькими видами

двустворок (без мсгалодонтид) и остракодами, что указывает

на аномальную соленость бассейна. Отсутствие эвапоритов, рас-

пространение каолинита и обильный растительный материал

указывают на влажный климат близлежащей СУШИ и позволяют

предполагать опреснение этого бассейна

[504].

Рэтское «море»

распространялось на сотни тысяч квадратных километров

(рис, 5. 8), являясь, по существу, огромной лагуной, не имею-

щей современных аналогов.

После небольшой регрессии в конце триаса море вернулось

в начале юры, но типично морские условия установились не

сразу. Так, непосредственно в основании геттанга, которое ха-

рактеризуется обильной фауной устриц, по-видимому эвригалин-

иых, аммониты нигде не встречаются, хотя эта часть разреза

очень конденсирована; вверх по разрезу яруса разнообразие

фауны постепенно возрастает

[179].

Так же как и в «рэте», фа-

ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИПЕПТАЛЬНЫЕ МОРЯ

137

РИС.

5.8. «Рэтская» палеогеография Западной Европы ([504], с упроще-

ниями). / — области размыва; 2 — паралические зоны; 3— морское осадко-

накопление; -/ — главные пороги.

ции указывают на существование спокойных мелководных усло-

вий на большей части континента.

Второй пример относится к батским отложениям Великобри-

тании. Батекому ярусу повсеместно отвечает регрессивный ин-

тервал в морских разрезах юры; зона дельт приурочена к Се-

верному морю, а южнее и западнее развиты лагунные фации

(рис. 5.9). Типичные морские отложения известны только в юго-

западной Англии и далеко на севере в грабене Викинг

[363].

Тонкозернистые мергели и известняки центральной Англии

с их однообразной, ,преимущественно пелсшшодовой фауной ин-

терпретируются как лагунные отложения типа современных

осадков Флоридского залива

[354].

Частично этот разрез мо-

жно проследить на север, где он переходит в чередование пе-

сков,

алевритов и глин с горизонтами срезанных корешков

(truncated rootlets), которое Бредшоу [42] рассматривает как

серию отложений наступающих прибрежных маршей и болот,

разделенную периодами морских трансгрессий. Разнообразие

фауны в морских слоях уменьшается к северу, и Бредшоу счи-

138

ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕИТЛЛЬНЫЕ МОРЯ

PPlC 5.9. Батская палеогеография Северо-Западной Европы ([421], с упро-

щениями) . 1 — вулканический центр; 2 — морские фации; 3 — лагунные и

прибрежно-морские фации; 4 — дельтовые фации; 5 — предполагаемая суша.

тает, что типичные морские условия здесь так и не устанавли-

вались.

В северо-западной Шотландии бат представлен так назы-

ваемой серией Грейт-Эстьюэрин. Хадсон [230, 231, 232] выявил

здесь ряд фаунистических комплексов, характеризующихся вы-

сокой плотностью при однообразии состава, включающих эсте-

рий,

остракод и моллюсков

Neomiodon, Liostrea

Viviparus\

он

предположил значительные колебания солености бассейна, что

5. ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ МОРЯ

139

впоследствии было подтверждено анализом изотопов углерода

н кислорода

[459],

Видимо, самым близким современным ана-

логом этой серии являются осадки береговых лагун Техаса

заливы национального парка Эверглейдс

во

Флориде.

Хотя зона лагунных фаций этого времени менее обширна,

нем

рэте,

она тем не

менее значительно шире любой совре-

менной эквивалентной фациальпой зоны. Прибрежные лагуны,

на сравнение

которыми опирался Хадсон, ограничены барье-

рами,

но в

одном месте открытого Мексиканского залива, при-

мерно

в 16 км от

берега, развиты банки

Crassostrea;

вода здесь

летом имеет соленость только

%о

из-за разбавления пресной

водой реки Атчафалайа

[71].

Зимняя соленость, вероятно,

еще

ниже. Учитывая малую амплитуду приливов

Мексиканском

заливе,

мы

можем относиться

этому примеру

как к

намеку

на

то, что

следует ожидать

обширном эпиконтинентальном

море

области

влажным климатом.

Наконец, пурбекские слои Южной Англии, которые охваты-

вают пограничный интервал между юрой

мелом, традиционно

интерпретируются

как

отложения опресненных лагун.

опять-

таки пурбекские фации очень широко распространены, просле-

жпваясь через Парижский бассейн

до

Швейцарской

Юры и юж-

ной

ФРГ. К

характерным особенностям этих фаций относятся

обильная,

но

однообразная фауна, водорослевые

копролито-

вые известняки, горизонты ископаемых почв

эвапориты типа

отложений себхи. Согласно обзору Хэллема

[187],

современные

исследования указывают

на

крайне мелководные

спокойные

условия

весьма непостоянной соленостью:

от

опресненных

до

осолоненных

отдельными эпизодами осушения.

Так же как и

в предыдущих примерах, амплитуда приливов, по-видимому,

была ничтожной.

ДРУГИЕ ХАРАКТЕРНЫЕ ФАЦИИ

Целесообразно закончить главу кратким рассмотрением

не-

скольких других характерных типов эпиконтинентальных мор-

ских отложений, которые

не

имеют близких современных ана-

логов, хотя можно дебатировать,

какой степени

их

происхож-

дение определяется особыми условиями эпиконтинентальных

морей.

Оолитовые

железняки. Эти так

называемые руды типа

ми-

нетты,

как

правило, состоят

из

оолнтов железистого алюмоси-

ликата шамозита

цементе

из

шамозитовой глины

или

микро-

кристаллического сидерита; оолиты могут быть также гетито-

выми

пли

гематнтовыми,

цемент.кальцитовым.

Европе

они

наиболее характерны

для

ордовика

и юры, а

североамерикан-

ские примеры включают ордовикские железняки Уобана

на

140

ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕМТЛЛЬНЫЕ МОРЯ

Ньюфаундленде и силурийские железняки Клинтон в Аппа-

лачах.

Хотя шамозит встречается в современных морских осадках,

например замещает фекальные пеллеты в отложениях против

дельт Нигера и Ориноко, никаких современных аналогов ооли-

товых железняков не найдено, и поэтому выяснение способа их

образования — интригующая задача. Наибольшие дискуссии вы-

зывают юрские оолитовые железняки Европы

[187].

Хотя ино-

гда говорят о лагунных условиях их накопления, в них обычны

морские окаменелости, часто включающие такие степогалинные

элементы, как брахиоподы, аммониты и криноидеи. Богатый

бентос и горизонты с косой слоистостью, поверхности размыва

и слои переотложенной гальки указывают на хорошо аэрируе-

мые мелководные условия по крайней мере с эпизодическими

проявлениями активного движения воды.

Большинство споров относится к происхождению оолитов и

источнику железа. В сравнении шамозитовых оолитов с совре-

менными арагонитовыми нельзя заходить слишком далеко, так

как для шамозитовых более характерна эллипсоидальная, не-

жели сферическая форма, и они часто находятся в основной

массе, состоящей из шамознтовой глины, что указывает па их

формирование in situ в условиях малоподвижной среды. Там,

где оолиты преимущественно гетитовые, как в синемюрекпх из-

вестняках Фродингем в нейтральной Англии пли тоарских рудах

Лотарингии, основная масса чаще состоит из крупнокристалли-

ческого кальцита, нежели из мпкрозериистого сидерита или ша-

мознтовой глины, что указывает на переработку в относительно

более подвижных условиях с выносом топкого материала и од-

новременным окислением шамозита в оолитах. Попытка Ким-

берли [272, 273] воскресить старую идею Сорби о том, что ша-

мозитовые оолиты образованы при диагенетпческом замещении

первичных кальцитовых, игнорирует бесспорные петрографиче-

ские свидетельства в пользу их первичного генезиса

[462].

Бо-

лее того, по его интерпретации необходимо, чтобы железняки

были перекрыты мощной дельтовой толщей, являющейся источ-

ником просачивающихся вниз замещающих ионов. Однако среди

многих хорошо известных юрских железняков или песчаников

с шамозитовьтми оолитами только йоркширская формация Дог-

гер перекрыта мощными дельтовыми отложениями, а в осталь-

ных случаях стратиграфические свидетельства говорят не

в пользу того, что дельтовые отложения были удалены после-

дующей эрозией.

Проблемы, связанные с образованием оолитов шамозита,,

в действительности более сложны. Является ли шамозит про-

дуктом изменения терригенных минералов, например каолинита,

или,

подобно глаукониту, он формируется in situ прямо из ионов