Хэллем Э. Интерпретация фаций и стратиграфическая последовательность

Подождите немного. Документ загружается.

РИС.

3.9. Распространение главных типов пелагических осадков на океаническом дне

[249].

/ — известковые

осадки; 2— кремнистые осадки; 3 — глубоководные глины; 4 — терригенные осадки; 5— ледниковые осадки;

6~осадки

континентальных окраин.

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ

с различной бпопродуктивностью океанской воды: становится

больше в высокопродуктивной экваториальной зоне. КГК для

арагонита меньше, а для кремнезема больше, чем для кальцита.

В отличие от мелководных режимов бентосиые организмы рас-

пространены чрезвычайно редко, хотя присутствует большинство

типов и разнообразие видов велико.

Дженкинс [249] рассматривает пелагические осадки в связи

с главными физико-географическими особенностями океанов.

На разрастающихся хребтах, обычно поднимающихся до глу-

бин порядка 2700 M

осадки лежат прямо на базальтах и имеют

особый облик. Для них характерны смектиты (глинистые мине-

ралы группы монтмориллонита), образующиеся в результате хи-

мического разрушения базальтов и, как правило, обогащенные

металлами, особенно железом и марганцем, но также медью,

свинцом, цинком, никелем и кобальтом. Существуют различные

мнения о том, произошли ли эти металлы в результате вторич-

ного выщелачивания базальта [276] или появились непосред-

ственно из первичного магматического очага. На больших пло-

щадях происходит подводная литификация в присутствии высо-

комагнезиальпого кальцита, возникает локальное запруживание

и переотложение, приводящие к образованию пелагических тур-

бпдитов. Картина осадконакопления меняется в зависимости от

того,

относится ли данный хребет к категории структур быстрого

или медленного разрастания (спрединга) океанического дна

{рис. 3.10).

Недавние исследования, проведенные с помощью .погружае-

мых аппаратов, дали некоторые эффектные результаты. Так, на

Восточно-Тихоокеанском поднятии в ассоциации с базальтами

были найдены крупные промышленные скопления сульфидов

цинка, меди и свинца

[142].

Как на этом поднятии, так и в Га-

лапагосской рифтовой зоне в местах гидротермальных прояв-

лений встречены плотно населенные колонии бентосных орга-

низмов, питающихся веществом взвеси. Среди фауны преобла-

дают двустворки необычно (для глубоководных условий)

крупных размеров

[302].

Существование этой необычной фауны

ставит интересную проблему об источниках питания. Представ-

ляется вероятным, что пищей этих организмов служат бактерии,

обильно размножающиеся у теплых ключей, бьющих из мор-

ского дна.

Ассйсмичпые хребты, такие, как Риу-Гранди и Китовый

в Южной Атлантике, отличаются от разрастающихся хребтов

отсутствием металлоносных отложений, а иногда признаками

мелководных условий осадконакопления. Базальные осадочные

отложения вулканических подводных гор по химическому со-

ставу отличаются от осадков, залегающих на поверхности раз-

растающихся хребтов, и от обычных тихоокеанских пелагиче-

-3-

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ 83

Пелагические Карбонатные

глинистые илы

(или) кремнистые

алы

Баэальные осадки,

обогащенные Fe и Mn

Пелагические

глинистые

(или) кремнистые

илы

Карбонатные

илы

Гидротермальные

Fe-Mn-

корки

Срединная

Антигенные

Тг-Мп-корки

\ ^ ^чдротермальные

riU

г*°

проявления Мафические

ультрамафические породы

блока о^

аИ

У*У

РИС,

3.10. Распределение осадков: А — в пределах зоны быстрого разраста-

ния океанического дна типа Восточно-Тихоокеанского поднятия; Б— в зоне

медленного разрастания типа Срединно-Атлантического хребта

[249].

КГК —

критическая глубина карбоиатонакопления.

ских глин, имеющих низкое содержание рассеянных элементов.

Вершины многих гайотов западной части Тихого океана по-

крыты нижнемеловыми известняками с типичной рифовой фау-

ной кораллов, рудистов, водорослей п т. д., что указывает на

значительное погружение в течение последних 100 млн, лет.

На подводных горах широко распространены железо-марганце-

вые корки; часто имеется прикрепленная эпифауна, состоящая

из фораминифер, кораллов, мшанок и серпулид. Если подводные

горы достигают эвфотической зоны, то на их поверхности мо-

гут обитать известковые водоросли.

Океанические плато с глубинами 2—3 км, такие, как воз-

вышенности Шатского и Магеллана в западной части Тихого

океана, характеризуются, как правило, большой мощностью

осадков, что связано с высокой продуктивностью планктона.

Для океанических котловин выше уровня KTK характерны из-

вестковые осадки, а ниже этого уровня — красные глины. Bo-

ОСАДКОНЛКОПЛЕННЕ И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО MOPH

круг поднятий океанического дна встречаются склоновые

шлейфы переотложенного вулканогенного и пелагического ма-

териала. Вблизи континентов формируются кремнисто-обломоч-

ные турбидитные отложения. Красная глина, большая часть

которой имеет, вероятно, эоловое происхождение, состоит в ос-

новном из иллита и смектита с подчиненным количеством аути-

генных цеолитов. Присутствие марганцевых стяжений, особенно

в северной части Тихого океана, космических сферул и зубов

акул свидетельствует о чрезвычайно низкой скорости осадкона-

копления. Преобладающая окраска — скорее коричневая, чем

красная,—обусловлена наличием окислов железа.

Кремнистые осадки океанских котловин состоят почти пол-

ностью из остатков планктонных диатомовых и кремневых жгу-

тиковых водорослей и радиолярий, скелеты которых образованы

сравнительно легкорастворимым опаловым кремнеземом. Наи-

более крупные скопления этих осадков находятся в периантарк-

тической зоне, где над всеми другими отложениями преобла-

дают диатомовые илы (составляют там около 80 % мирового

количества); в экваториальной же зоне Тихого океана преобла-

дают скелеты радиолярий [52]. При некоторых полупелагиче-

скнх режимах там, где происходит апвеллинг богатых питатель-

ным веществом вод, как у побережья южной Калифорнии, кон-

центрируются фосфатные отложения [45].

Много примеров древних пелагических отложений отмечено

среди пород, обнажающихся в настоящее время на континентах

[223,

249]. Один из наиболее интересных разрезов известен

в массиве Троодос на Кипре, где находится комплекс офполн-

тов и пород осадочного чехла, изученный, пожалуй, детальнее,

чем все другие. Базальные отложения представлены коричне-

выми аргиллитами кам па некого возраста, которые обогащены

железом, марганцем и другими металлами и известны под наз-

ванием

умбры.

По-видпмому, они отлагались в понижениях

разраставшегося хребта; вверх по разрезу они переходят в мер-

гели,

кремнистые сланцы и писчий мел (рис. 3.11). Важной осо-

бенностью офиолитов является наличие карманов сульфид-

ных руд.

Среди других заслуживающих внимания примеров мело-

вые красные глины Тимора с железо-марганцевыми конкре-

циями и зубами акул и палеогеновые глины Барбадоса, богатые

остатками фораминифер, радиолярий и нанопланктона и содер-

жащие также много зубов акул и космических сферул. Вопрос

о древних пелагических отложениях рассматривается более под-

робно в гл. 8.

Глубоководные турбидитные и связанные с ними отложения.

Поскольку непосредственные геологические наблюдения в совре-

менных морях встречают затруднения, интерпретация условий

ОСАДКОНЛКОПЛЕНИЕ И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ

Гипсы и

ридзовые

известняки

Бескремневые мергели

(около 200 м)

Писчий мел без кремней

(О-200м)

Писчий мел с Пластовыми

кремнями

{0-25OM)

отложения турбидитов и

ассоциирующихся с ними

пород во многом зиждет-

ся на литологпческом изу-

чении комплексов горных

пород, подкрепляемом ла-

бораторными эксперимен-

тами.

До того как теория

турбидитных потоков

была в 1950 г. применена

для анализа апеннинско-

го комплекса Мачиньо

[286],

частое чередование

тонких слоев песчаников

и глинистых сланцев в

мощных «флншевых» ком-

плексах орогепических по-

ясов обычно объяснялось

многократными верти-

кальными колебательны-

ми движениями тектони-

ческой природы. С тех

пор ка

был

опублико-

вана упомянутая класси-

ческая работа Кюнена и

Мильорини

[286],

специа-

листы значительно изме-

нили свои воззрения, и

слово

турбидиты

прочно

вошло в геологическую

литературу, несмотря да-

же на то, что оно имеет

скорее генетический, чем

описательный смысл.

Образование турбидитов не связано с какими-либо опреде-

ленными условиями глубины. Эти породы накапливались и

в озерах, но в настоящее время в подавляющем числе случаев

отложение таких осадков происходит в условиях глубокого

моря против устьев подводных каньонов. Ни в коем случае

нельзя считать все отложения глубоководных конусов и осадки

смежных с ними площадей дна результатом осаждения только

из турбидитных потоков.

Выделяют три главных типа транспортировки осадочного

материала, приводящие к образованию отложений такого ха-

рактера

[388]:

1. Массовое гравитационное перемещение. В

настоящее

-ft А А

Розовые или белые тонкослоистые

мергели без кремней г О-40 м)

Иллит-мантмориллонитоеые

глины

(Q-около WQm

Радиоляраевые аргиллиты (0-25м)

Умбра

(0-3QM)

Подушечные лавы

РИС.

3.11. Сводный: разрез верхнемеловон

и третичной океанической толщи, перекры-

вающей офиолитовый комплекс массива

Троодос, Кипр

[383].

/ — кампан; 2 — Маас-

трихт; 3 — эоцен и палеоцен; 4 — олигоцен;

b — миоцен.

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ

ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ

время

это,

по-видимому, главный процесс транспортировки

тер-

ригенных осадков

районы глубокого моря. Осадочный мате-

риал движется вниз

по

склону только тогда, когда касательные

напряжения, обусловленные действием силы тяжести, превы-

шают

его

сдвиговую прочность. Напряжения могут возникать

при увеличении мощности осадочной толщи

результате про-

должающегося отложения материала,

при

повышении порового

флюидального давления, вызывающего текучесть осадков,

или

при тиксотропных изменениях, когда гель превращается

золь.

Последние

два

явления,

как

правило, бывают связаны

земле-

трясениями, цунами

штормовыми волнами.

Если приходит

движение масса слабоконсолидированных

осадков

имеется одна базальная плоскость срыва, такое дви-

жение называют

оползанием

(slumping).

этом случае сохра-

няется некоторая внутренняя связность напластования, хотя

вдоль плоскостей скольжения наблюдаются

небольшие вра-

щательные деформации. Если обломки погружены

основную

движущуюся массу, используется термин

поток обломков

(de-

bris flow). Толстослоистыс грубозернистые осадки

(рис. 3.12)

могут отложиться

из

потока более однородного

зернистого

ма-

териала

(grain flow). Подводное оползание происходит главным

образом

районах

быстрым осадконакоплением, таких,

как

фронты дельт

верхние части подводных каньонов,

при

очень

пологих (всего лишь

1°)

уклонах

дна.

Таким способом могут*

перемещаться объемы осадков порядка сотен кубических кило-

метров.

2. Турбидитные потоки высокой плотности.

Эти потоки пред-

ставляют собой смесь песка

и ила с

удельным весом между

1,5

2. При

замедлении течения происходит отложение слоев

от-

сортированного материала

{рис.

3.12). Многочисленные разрывы

подводных кабелей считаются результатом действия таких

по-

токов, быстро движущихся

по

своим каналам. Образованные

ре-

ками турбидитные потоки связаны, по-видимому,

периодами

повышенного стока. Типичный

цикл Боумы

пласты отсортиро-

ванного материала сменяются кверху тонкослоистыми

затем

слоистыми пластами

со

знаками ряби течения, которые перехо-

дят далее вверх

в еще

более тонкослоистые пласты,—интерпре-

тируются

как

признак обстановки замирающего потока

(рис. 3.13).

Турбидитные потоки низкой плотности.

Сравнительно не-

давно было установлено,

что

многие глинисто-алевритовые слои

в толще турбидитпых песчаников могут быть отложены скорее

из турбидитных потоков низкой плотности,

чем в

результате

По

имени голландского литолога

А.

Баумы

Н,

Bouma),

изда-

ниях

на

русском языке принято написание «цикл Боумы».—

Прим. персе.

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ И ФЛЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ

РИС.

3.13. Интерпретация турбидитного цикла Боумы как комплекса отложе-

ний замирающего потока

[490].

(См. также: А. Н. Bouma. Sedimc-ntology of

some flysch deposits: a graphic approach to fades interpretation, Amsterdam,

Elsevier, 1962, 168 p.)

а ОСЛДКОНАКОПЛЕНИЕ И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО МОРЯ

«фонового:» пелагического осадконакопления. При детальном

изучении этих отложений обнаруживаются такие диагностиче-

ские признаки, как тонкая слоистость и отсортированиость ма-

териала.

В обстановке глубокого моря возникают донные течения, ув-

лекающие осадочный материал, в результате чего образуются

знаки ряби и небольшие дюнообразные формы

[210].

Такие

течения следуют рельефу дна, но отличаются сравнительно ма-

лой скоростью. Из них отлагаются слои очень мелкозернистых

хорошо отсортированных песков с четко выраженными кровлей

и подошвой,

В тех районах Атлантического океана, где проводилось глу-

боководное бурение, на большой площади были обнаружены

слои песчаников от современного до нижнетретичного возраста.

Для Тихого океана характерны конусы выноса, связанные

с подводными каньонами и промоинами. Турбидитные потоки

задерживаются в ограниченных разломами впадинах и в жело-

бах вблизи континентов. Борта желобов со стороны суши имеют

средний уклон около 10°, а борта, направленные к океану,—

около 5°. Близость вулканической суши с горным рельефом про-

является в наличии вулканогенно-обломочных осадков с еще не

установившейся (незрелой) структурой. Турбидитные потоки

в желобах имеют преимущественно продольное направление,

так что оползание происходит под прямым углом к потоку.

Современные турбидитные выносы имеют частично кониче-

скую форму, аналогичную форме аллювиальных [см. сноску на

с. 30 —

Перев.\

конусов, и встречаются на продолжении дельт

крупных рек. Среди таких выносов можно выделить

внутренние

конусы

с мощными незрелыми турбидитами и плохо развитым

циклом Боумы, отличающиеся от

средних

внешних

конусов,

в которых турбидиты с расстоянием уменьшаются в мощности

и становятся более зрелыми с хорошим соответствием типичной

последовательности Боума. Конусы пересечены каналами с ва-

лами по краям; для участков между этими каналами наиболее

типичны алевритовые осадки. Большинство таких конусов обра-

зовалось, по-видимому, в результате переотложения терриген-

ного материала в эпохи плейстоценового понижения уровня

моря;

в настоящее же время на- них !Происходит более медлен-

ное накопление илистого чехла.

Различные осадочные комплексы, формирующиеся в обста-

новка х глубоководного склона, подводного конуса выноса и

плоского дна морского бассейна, представлены на рис. 3.14.

Уокер [490] указывает на важное различие между

проксималь-

ными

(т. е. ближними) и

дистальными

(отдаленными) турбиди-

тами,

отложенными соответственно ближе к источнику осадоч-

ного материала или дальше от него. Проксимальные турбидиты

ОСЛДКОНАКОПЛЕНИЕ И ФАЦИИ ОТКРЫТОГО

МОРЯ

ОТЛОЖЕНИЯ подводного

СПЛОНА

-г

т ^—

-г

-г-

т- ^

^¾¾^

-г -т у

Верхняя часть

склона

Оползневые

уступы

Нижняя часть

склона

Песчаники

ОТЛОЖЕНИЯ

ПОДВОДНОГО

КОНУСА ШНОСА

днутренний конус

ОТЛОЖЕНИЯ

ЛЕИССМЬИОИ

PABHHHbL

77 выполнения

Ояистостромы

отложения

Русловое

выполнение,

в том числе

илистострамы

Средний конус

Пачки руслового

выполнения

Пачки

с утолщением

с/гш

и огрубением

осадков вверх

по разрезу

Внешний конус

Средне- и тонко-

отсортированные

песчаники^

выдержанные

по простиранию

щггг-?

Мелко- и

тонно-

VV''T

зернистые

•'песчаники

™ '-У и алевриты\

1 выдержанные

у по простиранию

..,,•.I на больших

-г-~

[ площадям

50м

РИС,

3.14. Разрезы, типичные для континентального склона, подводного ко-

нуса выноса и абиссальной равнины

[388].

характеризуются мощными слоями грубозернистых плохо сор-

тированных и несортированных осадков, часто с бороздами и

промоинами в подошве, тогда как слои дистальных турбиди-

тов — тоньше, с более ровными поверхностями и более тонким

материалом. Борозды и промоины редки, чаще встречаются

следы выпахивания; осадки хорошо отсортированы.

Описаны многочисленные разрезы древних турбидитов, но

о них речь пойдет в следующей главе. Обычно в таких разре-

зах остатки бентосных организмов встречаются редко, однако

имеются горизонты с обильными ихнитами, представляющими

собой сложную систему ходов, проделанных организмами при

ползании и в поисках "пищи,—так называемые фации

Nereiies

Зейлахера

[415],

Для многих палеозойских разрезов складча-

тых поясов характерны плохо сортированные смешанные пес-

чано-глипистые породы, называемые граувакками, в которых

часто развиты такие типично турбидитовые признаки, как гра-

дационная слоистость и знаки на подошве слоев. Камминс [89]

убедительно показал, что «глинистый» компонент этих пород

мог образоваться при химическом разложении во время диаге-

неза или в результате слабой метаморфизации неустойчивых

зерен вулканогснно-обломочного материала, измельченного до

размеров песка. Таким образом, многие граувакки могли быть

первоначально хорошо сортированными отложениями, подоб-

ными многим современным глубоководным пескам Атлантиче-

ского океана или песчаникам альпийского флиша.

Для многих стратиграфических подразделений характерна по-

разительная латеральная изменчивость фаций, которая прояв-

ляется даже на небольших расстояниях. Некоторые осадки, от-

лагавшиеся, по-видимому, исключительно быстро и на значитель-

ных глубинах, вместе с тем содержат обломки самых разных

размеров, и это свидетельствует о близости гористой суши. Под-

водно-оползневые отложения, вероятно, связаны с относительно

крутыми склонами, откуда могли отделяться и включаться в бо-

лее молодые осадки огромные слоистые блоки размером до ки-

лометра и более. В осадках могут наблюдаться пласты лав и

горизонты пеплов или содержаться туфогенные обломки, свя-

занные с одновременным вулканизмом. Нередко слои сильно де-

формированы складчатостью.

Подобные явления заставляют нас полагать, что осадкона-

копление в значительной степени контролируется тектониче-

скими процессами, создающими орогены или структуры типа

горстов и грабенов. Безусловно, наиболее распространенная

концепция последнего столетия, связывающая осадконакопление

и тектонику,—это концепция

геосинклиналей

[105, 329]. Хотя

ныне она в значительной степени вытеснена тектоникой плит,

было бы поучительным проследить в основных чертах ее исто-

рию,

т. е. узнать кое-что об эволюции идей.

Джеймс Холл в 1859 г. [178] первым указал на то, что оро-

гены в целом совпадают с вытянутыми зонами относительно

мощных осадочных толщ, накапливавшихся в быстро погружаю-

щихся трогах. Он изучал мелководноморские палеозойские от-

ложения Аппалачей и полагал, что осадконакопление было

единственной причиной погружения и что подобные зоны опу-

скания были более податливы для последующей складчатости,

чем относительно «стабильные» области медленного осадкона-

копления и погружения типа той, которая располагается ближе

к центральным частям Северо-Американского континента. Од-

нако термин

геосинклиналь

был предложен не Холлом, а Дэна,

который придерживался других взглядов и не мог согласиться

с тем, что только осадконакопление вызывает погружение. Он

предполагал, что при постепенном сжатии Земли тектоническое

ОСАДКОНАКОПЛЕНИЕ

И ТЕКТОНИКА