Хэллем Э. Интерпретация фаций и стратиграфическая последовательность

Подождите немного. Документ загружается.

5, ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТППГНТАЛЬНЫЕ МОРЯ

141

морской воды? Если оолиты образуются как снежный ком пу-

тем налипания в илистой среде, почему не часто встречаются

оолиты других глинистых минералов? Для образования шамо-

зита, по-видимому, требуются восстановительные условия (ср.

[90]),

почему же в таком случае он содержится в отложениях

с богатым бентосом? Происходит ли это потому, что он обра-

зуется внутри тонкозернистых осадков, по остается стабильным

в умеренно окислительных условиях морского дна? Каков ге-

незис специфически деформированных оолитов, часто с крючко-

образными соединениями, известных как

спастолиты?

Я охотнее

ставлю эти и связанные с ними вопросы, чем пытаюсь ответить

на них, так как данных для убедительного решения до сих пор

недостаточно.

Что же касается более общей проблемы источников железа,

данные о фациальных комплексах подкрепляют традиционные

представления о том, что оно скорее сносится с ближайшей

суши, чем извлекается из бескислородных илов

[187].

Необхо-

димой предпосылкой, видимо, являются некоторые формы более

ранней концентрации типа латеритов, образующихся при вы-

встрнвании в тропическом климате, а также транспортировка

медленными, содержащими много органического вещества ре-

ками через выровненную сушу, покрытую густой раститель-

ностью. Железо могло транспортироваться в закпсиой форме,

возможно, в составе металлоорганических комплексных соеди-

нений, н выпадать в осадок в более щелочной морской среде.

С другой стороны, оно могло переноситься в море в виде частиц

окиси железа на поверхности глинистых мицелл и там восста-

навливаться до более растворимой H

следовательно, более под-

вижной закисной формы [53]. Возможно, концентрация железа

в воде некоторых эппконтинентальных морей вдали от океана

была значительно выше, чем в современной морской воде, где

она крайне низка.

Следующая проблема состоит в том, как железо (в какой

бы то ни было форме) отделяется при транспортировке от тер-

ригенных песка и глины. Без такой сепарации минералы железа

были бы очень разубожены, и промышленные руды не смогли

бы формироваться. Самос популярное решение состоит в при-

влечении различного рода

ловушек обломочного материала

[226] —депрессий, куда сносилась террпгенная кластика, если

она существовала, в то время как на слабо выраженных подня-

тиях формировались железняки (рис. 5.10, а). Подтверждением

этому служит тот факт, что по стратиграфическим данным фор-

мацнн железняков являются конденсированными в сравнении

с замещающими их по латерали песчано-глинистымп разрезами.

Гипотеза ловушек обломочного материала была видоизме-

нена Брукфилдом [46], который привел доводы в пользу того,

142

ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ МОРЯ

РИС.

5Л0. Модели условий накопления оолитовых желеЗЕ1яков, Л— класси-

ческая «ловушка обломочного материалам; Б— альтернативная модель Брук-

фплда [46]; В — обобщенные соотношения фаций, характерные для слоев

Марлстон-Рок (илинсбах) и песков Нортхемптон (аален), Мидленд, Англия

[193].

1 — пески; 2—алевриты; 3 — глины; 4 — железистые оолиты.

чго железистые оолиты и кластические силикатные песчаные

зерна имеют различные гидродинамические свойства и могут

разделяться па дне моря процессами суспензии, сальтации пли

качения (рис. 5.10, б). Эта альтернативная гипотеза кажется

неправдоподобной по причинам, указанным Ноксом

[280],

но

проблема остается, так как некоторые наиболее чистые шамо-

зитовые оолитовые железняки могут быть мощнее, чем заме-

щающие их по латерали песчанистые эквиваленты [193]

(рис. 5Л0,е).

Рассмотрение последовательности фаций в разрезе может

помочь в решении этой проблемы, так как юрские железняки,

как правило, приурочены к кровле крупных и мелких регрессив-

ных серий, представленных морскими глинистыми сланцами,

вверх переходящими через песчанистые сланцы в песчаники, ко-

торые в свою очередь перекрыты маломощными железня-

ками

[193],

Трудно полностью исключить роль неровностей морского дна

в сепарации хемогенных и кластических элементов. Эти неров-

ности могли быть очень небольшими, так как во многих слоях

и песчаный материал, и шамозит-гётитовые оолиты встречаются

вместе и в большом количестве. Только в очень ограниченных

районах и лишь эпизодически происходило полное разделение

этих двух типов материала, приводившее к формированию про-

мышленной руды.

Таким условиям благоприятствовала регрессия, когда любое

о. ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕПТЛЛЬНЫЕ МОРЯ

143

поднятие рельефа независимо от его происхождения должно

было больше влиять на гидрографию. В более глубоководных

условиях тонкоалеврнтовые и глинистые частицы, как правило,

осаждались, образуя более или менее однородный чехол па всем

морском дне. Как только море мелело, тонкие осадки сменялись

более грубыми, а основной способ транспортировки изменился

от переноса в суспензии к переносу волочением. При транспор-

тировке волочением осадки рассеиваются в меньшей степени,

чем при переносе в суспензии, и песчаные тела чаще образуются

в форме ограниченных баров, чем обширных покровов. Только

эпизодическими штормами песчаные зерна могли рассеиваться

шире. В условиях очень мелкого моря, где приливные течения

пс оказывали сильного влияния, даже самые слабые поднятия

рельефа могли сохраняться, будучи перекрытыми песками.

Кроме того, среди обширного мелководья могли существовать

небольшие, депрессии, защищенные от проникновения песка, где

в сравнительно спокойных условиях формировались чистые

оолитовые железняки.

Так как железпяковые формации по мощности редко пре-

вышают несколько метров, а по площади—-несколько тысяч

квадратных километров, объем оолитовых железняков относи-

тельно невелик. Как правило, по латерали они переходят в бо-

лее мощные разрезы песчанистых сланцев и аргиллитов с под-

чиненными горизонтами песчаников и с желваками, чаще сло-

женными конкреционным сидеритом, чем обычным вездесущим

кальцитом. Это означает, что богатые железом воды распро-

странялись значительно шире, чем сами железняки. Кроме того,

шамозитовые или гётитовые оолиты рассеяны в больших объе-

мах терригенных или карбонатных осадков (так называемых

ожелезнепных известняков); это указывает на их перемещение

из районов первоначального образования. Бесспорно, железняки

формировались только тогда, когда осуществлялась особая ком-

бинация химических, седиментологических и географических ус-

ловий.

Фосфориты — это другой пример хсмогенных осадков, ко-

торые образуют важные в !практическом отношении залежи.

Слагающий их коричневый фосфат традиционно известен как

коллофан, но химический анализ и рентгеновская днфрактомет-

рня показывают, что это карбонатапатит. Среди пригодных

к разработке отложений преобладают фосфориты с пеллетовым

строением, но в некоторых конденсированных горизонтах они

встречаются в виде желваков в ассоциации с глауконитом

[265].

В отличие от оолитовых железняков известны и современные

фосфориты, хотя нельзя безоговорочно согласиться с тем, что

они являются !Прямыми аналогами древних пеллетовых фосфо-

ритов, которые залегают во внутренних частях континентов. Со-

144

5. ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕПТАЛЬНЫЕ МОРЯ

временные фосфориты встречены на глубинах порядка несколь-

ких сотен метров в 40-градусной полосе по обе стороны от эква-

тора> преимущественно у западных берегов континентов. Такая

локализация обычно связывается с зонами апвеллннга богатых

фосфором океанических вод, которые обычно проявляются

в поясе пассатов там, где поверхностные воды отгоняются от

берега ветрами и где этому направленному от берега течению

способствует кориолисова сила [45, 433].

Геологически молодые фосфориты также залегают вблизи

зон современного океанического апвеллинга. Так, фосфориты

миоценовой формации Монтерсй в Калифорнии расположены

вблизи от современного апвеллинга, связанного с Калифорний-

ским течением, и миоценовые фосфориты перуанской прибреж-

ной пустыни Сечура залегают также в районе, прилегающем

к зоне современного апвеллинга, обусловленного Перуанским

течением. Связь генезиса фосфоритов с явлениями апвеллинга

кажется в этих случаях вполне правдоподобной, по эти фосфо-

риты едва ли могут рассматриваться как отложения эпиконти-

нентальных морей.

Одно из самых изученных более древних фосфоритовых

скоплений, а именно пермская формация Фосфррия западного

Вайоминга и соседних штатов залегает, однако, глубоко внутри

континента. И здесь, естественно, встает вопрос о степени при-

ложимости модели океанического апвеллинга.

Слои леллетовых фосфоритов приурочены здесь к цикличе-

ски построенной пестрой по составу серии осадков. Согласно ин-

терпретации Шелдона

[432],

разрез отражает последовательную

смену трансгрессивных и регрессивных фаз в развитии прост-

ранственно-зональных условий осадконакопления; к наиболее

глубоководной фазе относятся темные, битуминозные, бедные

фауной фосфатоносные аргиллиты. Фации, отражающие после-

довательное обмеление, представлены кремнями, карбонатами,

включающими доломиты и биокластичеекпе известняки, и свет-

лыми аргиллитами. Последние переходят в содержащие эвапо-

риты континентальные красноцветьг Судя по региональному

распределению фаций, суша располагалась на востоке.

Шелдон считает, что краспоцветы с эвапоритами образова-

лись в условиях низкоширотной, связанной с направленными от

берега пассатами пустыни па западном берегу континента,

а фосфориты отлагались в результате апвеллинга на краю рас-

положенного западнее океана (рис. 5.11). Однако эта палео-

географическая обстановка существовала в зоне перехода от

Северо-Американского палеозойского кратона к расположенной

западнее миогеосинклиналп,. и нет убедительных доказательств

существования в это время океана или краевого океанического

бассейна к востоку от Береговых хребтов [60]. Следовательно,

5. ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕНТЛЛЬНЫЕ МОРЯ

145

300 миль

/ 5

РИС.

5.11. Палеогеографическая обстановка накопления пермских фосфори-

тов на Западе США

[433].

/ — накопление фосфоритов; 2 — накопление гип-

сов и ангидритов; 3 — накопление галита; 4 — направление ветра, определен-

ное по косой слоистости в эоловых песчаниках; 5 — предполагаемое направле-

ние ветра; 6 — предполагаемое течение в океане.

либо модель Шелдона, либо палеогеографическая реконструк-

ция требует некоторого исправления.

Другие важные фосфоритовые отложения, относящиеся

к верхнему мелу—эоцену, развиты в зоне, протягивающейся от

Марокко к южной Турции и Ираку. Они также ассоциируются

с кремнями, черными сланцами и карбонатами [395, 434]. В со-

временном Средиземном море нет апвеллингов, но в условиях

10 Заказ № 389

146

5. ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТННЕПТАЛЫ IbIE МОРЯ

совершенно другой палеогеографии того времени по крайней

мере некоторые из этих районов могли находиться на краю кра-

тона с южной стороны океана Тетис. Так как эта зона нахо-

дилась в северной части пассатного пояса, Шелдои [434] счи-

тает, что пассаты могли вызывать сильное направленное на

запад течение с апвеллпнгом на южном краю океана, обуслов-

ленным ветрами, дующими от берега, и корполисовой силой.

Более глубокое понимание факторов, контролировавших на-

копление фосфоритов там, где, бесспорно, существовали усло-

вия эпиконтииептального моря, может быть достигнуто изуче-

нием фосфатопосных черных сланцев, которые встречаются

в пенсильванских (верхнекаменноугольных) отложениях амери-

канского Мпдконтинента в районе, протягивающемся от Кан-

заса до Аппалачей

[209].

Отложения, о которых идет речь, яв-

ляются типичными анаэробными осадками — они черные и ли-

стоватые; богаты органическим веществом и конодонтами, но

в типичном случае лишены бентосной фауны; обогащены также

такими тяжелыми металлами, как медь, никель, ванадий и цинк.

Обильный несксл,етиый [Т. е. не входящий в состав скелетов

организмов.— Ред.] фосфат образует как тонкие прослои, так

и желваки. Черные сланцы, далеко прослеживающиеся по лате-

рали,

переслаиваются с известняками и нормальными глини-

стыми сланцами с бентосной фауной и интерпретируются Гекке-

лом [209] как наиболее глубоководные и удаленные от берега

отложения трансгрессивно-регрессивной серии.

Гсккел предложил модель (рис. 5.12), в которой термоклин

обусловливает вертикальную плотностную стратификацию воды.

Слоистость воды была достаточно устойчивой, чтобы препятст-

вовать локальным ячейкам вертикальной циркуляции, обуслов-

ленной ветром, пополнять запас кислорода у морского дна. Если

глубина была достаточно большой, в эпиконтинентальном море

могли установиться бескислородные пли почти бескислородные

\словия; как уже доказывалось в этой главе, для этого не ну-

жно привлекать гипотезу ограничивающих барьеров или по-

рогов.

На востоке.тропической части Тихого океана в результате

апвеллинга, обусловленного ветрами, дующими от берега, верх-

няя граница бедных кислородом вод (и термоклина) располо-

жена высоко. Поднимающаяся с глубин вода, одновременно

обогащенная фосфором и обедненная кислородом, вызывает

бурное развитие планктона, производящего большое количестве

органики. Отложению фосфорита в этих условиях благоприят-

ствуют падение давления, повышение температуры и увеличение

рН по мерс того, как более холодная вода поднимается из глу-

бин.

Так как в фотической зоне фосфор быстро ассимилируется

фитопланктоном, образование фосфоритов происходит на глу-

ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕНТЛЛЬПЫЕ МОРЯ

Низкий уровень

миря

(только

мелкие ячейки

вертикальной

циркуляции,

вызванной

ветрами)

Открытый

океан

Наложение зоны

периодического

апвеллинга

Зпиконтинентальное море

протяженностью в тысячи хм

Преобладающий ветер

+—

*—

Уровень

моря

Термоклин~ -\с

Карбонат

светлый

детрит

7>»

Теплые,

богатые

бедные

PQ^

Примерное положение

современных выходов

верхнепенсильванских

пород Мидконтинвнта

Канзасе и Айове

высокий уровень

моря

(крупная

ячейка циркуляции,

похожая на ячейки циркуляции

эстуариях)

4 * *

Преобладающий

ветер*.

Обычное положение

зоны апвеллинга

Уровень

• ^

моря

Черный,

богатый органикой тонкий детрит+дзосфориты

ZZZ 7

200

JOO

400

500М

РИС.

5.12. Модель накопления фосфатоносных черных сланцев в эпиконти-

нентальном море

[209].

/ — вода, богатая кислородом; 2—вода, бедная кис-

лородом; 3 — вода, лишенная кислорода; 4 — преобладающие ветры; 5 —

океанические течения; б —осаждение органического вещества, богатого PO

и тяжелыми металлами; 7 — термоклин (нижний предел вертикальной цир-

куляции).

бппс, превышающей 50 м. Максимальные концентрации фосфора

в современных морских илах наблюдаются па глубинах от 30 до

200 м. Геккел пришел к выводу, что пенсильванское море Мид-

континента располагалось в тропических широтах, соединяясь

с расположенным западнее открытым океаном, по-видимому,

через проливы на западе Техаса, Осадконакопление, вероятнее

всего,

происходило на глубинах от 100 до 200 м.

Неоднократно повторяющаяся в геологическом прошлом уди-

вительная ассоциация фосфоритов и черных сланцев может

стать главным ключом к решению проблемы генезиса фосфори-

тов.

Вполне может быть, что многие другие относительно глубо-

ководные черные сланцы, практически лишенные бентоса, обо-

гащены фосфатом, но выгодные для разработки фосфоритовые

10*

148

ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕНТАЛЫ1ЫЕ МОРЯ

пласты, по-видимому, формируются значительно реже. Хотя для

объяснения генезиса фосфоритов, вероятно, всегда надо при-

влекать какие-то типы апвеллипга, тем не менее создастся впе-

чатление, что поднимающиеся из глубин обогащенные фосфором

воды в прошлом могли проникать далеко в глубь континентов.

Мел.

Одним из. наиболее характерных типов отложений

древних эппконтинентальных морей является мел — мягкий,

крошащийся, белый микритовый известняк, который в течение

позднего мела отлагался в широкой полосе Северной Европы,

протягивающейся от Ирландии до Русской платформы, п в бо-

лее ограниченном по площади поясе, который соответствовал

восточной части пролива, существовавшего в области Мидкон-

тпнента Северной Америки. Главный шаг к пониманию природы

мела был сделан с внедрением электронной микроскопии, с по-

мощью которой было показано, что основная масса породы сло-

жена кокколитами и их фрагментами, а более крупная фракция

включает призмы иноцерам, раковины фораминифер (преиму-

щественно планктонных) и кальцисферы

[197].

Следовательно,

был решен парадокс, почему такой чистый известняк остается

только полуконсолидированным и поэтому мягким; дело в том,

что все его тонкозернистые компоненты сложены кальцитом и

соответственно там происходила только ограниченная постседп-

ментационная цементация '.

Кокколито-фораминиферовые илы в настоящее время откла-

дываются в океане на больших глубинах, но было бы слишком

экстравагантным считать в соответствии с этим, что обширные

внутренние части континентов в течение позднего мела находи-

лись под водой на глубине несколько тысяч метров. Тем не ме-

нее мел — это безусловно пелагический осадок, и его широкое

распространение на континентах связано с особым событием,

а именно с крупнейшей после середины палеозоя морской транс-

грессией и поднятием уровня моря, которые будут рассмотрены

в следующей главе.

Мягкий однородный белый мел с горизонтами желваковых

диагенетических кремней преобладает среди отложений верхнего

мела Северной Европы. По большей части он не особенно богат

макроокаменелостямп, но тем не менее в нем была собрана раз-

нообразная фауна, среди которой, вероятно, наиболее обычны

зарывающиеся неправильные морские ежи, такие, как

Micraster.

Поверхность осадка, очевидно, была мягкой, на что указывают

специальные, препятствующие погружению приспособления раз-

личных пелеципод, такие, как шипы у

Spondylus

и большая по-

Видимо, предполагается, что в процессах литификации известковых

осадков решающая роль принадлежит переходу арагонита в кальцит и мел

остается рыхлым из-за своего первично-кальцитового состава.— Прим. ред.

ДРЕВНИЕ ЭПИКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ МОРЯ

149

верхность раковины

некоторых

Inoceramus.

Однако

на

глубине

не более

0,5 м

осадок

был уже

достаточно плотным, чтобы

со-

хранять четкие контуры таких широко распространенных следов

жизнедеятельности

Chondrites, Thalassinoides

Zoophycos.

Высказывались различные предположения

глубине накоп-

ления мела.

толще белого мела,

отличие

от

некоторых гори-

зонтов твердого

дна, нет

свидетельств деятельности водорослей,

что указывает

на

отложение глубже фотической зоны. При-

сутствие разнообразной фауны шестилучевых губок указывает»

если исходить

из

сравнения

современностью,

на

глубины

ме-

жду

200 и 600 м;

принимая

во

внимание

все

имеющиеся данные,

Ханкок

[197]

предположил,

что

диапазон глубин накопления

мела изменялся

от 100 до 600 м. С

другой стороны, поверхности

твердого

дна,

вероятно, формировались

па

относительно неболь-

ших глубинах. Учитывая

это,

Кеннеди

Гаррисон

[266]

опре-

деляют этот диапазон

как

50—300

м.

Скорость осадконакопления, очевидно, была различной

в прогибах

и на

поднятиях,

по

обычно достигала 10—50

мм и

даже

150 мм за 1000 лет

[148].

Фаннел

[148]

обратил внимание

на

то, что эта

скорость достаточно высока

сравнении

со

ско-

ростью седиментации

на

современном

дне

океана;

наиболее

богатой фитопланктоном экваториальной зоне Тихого океана

кокколито-фораминиферовые

илы

накапливаются

со

скоростью

только 10—30

мм за 1000 лет, а в

других районах

она

значи-

тельно ниже.

Это

означает более высокую продуктивность изве-

сткового фитопланктона

эппконтинентальных морях,

где на-

капливался

мел, по

сравнению

глубоким океаном,

что

согла-

суется

общей моделью, намеченной

начале этой главы.

Одна

из

наиболее интересных особенностей писчего мела

Ев-

ропы

—

часто встречающиеся

горизонты твердого

дна

(hard-

grounds)

узловатого мела

(nodular chalk), которые образова-

лись

при

подводной литификации. Наиболее часты

они в тех

районах,

где

общая скорость осадконакопления была низкой,

т.

е. на

поднятиях

и на

краях древних поднятых массивов.

Не-

которые горизонты твердого

дна

прослеживаются

па

очень боль-

шие расстояния

связаны

эпизодами регионального обме-

ления.

Сложная история этих фаций, включающая

ряд

последова-

тельных стадий литификации, была рассмотрена Кеннеди

и Гар-

рисоном

[266].

Пауза

седиментации вела

формированию

поверхности перерыва, вслед

за чем

начинался рост отдельных

узлов ниже раздела вода—осадок

образованием узловатого

мела. Эрозия узловатого мела приводила

образованию

вну-

триформационпых конгломератов.

результате дальнейшего

роста

слияния узлов возникали прерывистые

или

непрерывные

слои (начальные стадии твердого

дна),

которые

при

отсутствии