Кузнецов В.Г. Литология. Осадочные горные породы и их изучение

Подождите немного. Документ загружается.

Бассейны

Рис. 8.16. Схемы основных типов бассейнов соленакопления на подготови-

тельной (а) - и основной (б) стадиях осаждения солей и основных типов

соленосиых толщ.

1 — известняки; 2 — доломиты; 3 — битуминозно-глинистые доломиты и

ангидриты; 4 — ангидриты; 5 — каменная соль; б — калийные соли; 7 —

поверхность водного зеркала; 8

—

отклонение поверхности воды от формы

геоида; 9 — направление течений и плотность рассолов, г/см

; 10 — осажде-

ние солей

сейны стали называть лагунами и постулировать мелковод-

ный их характер.

И то и другое нельзя признать оправданным. Большая

часть соленосных отложений формировалась в течение дли-

тельного времени и в огромных по размеру бассейнах. Так,

1974)

Типы соленосных толщ

Гетерогенные полициклические

" -A-Il -у

Гомогенные моноциклические

а/ (¾^ gfgi I|%Ίί

16 I у.м.

7 I Δ \8

j<^1^25j

9 I I \ю

соденосные отложения Сибирской платформы, правда, с не-

которыми интервалами, о чем будет сказано далее, формиро-

вались с конца венда в течение раннего, среднего и частично

позднего кембрия, т.е. не менее 50

—

60 млн лет; площадь их

распространения, т.е. площадь бассейна соленакопления, со-

ставляла, по крайней мере,

1,5 —

2,0 млн км

, что в 1000 раз

больше площади Кара-Богаз-Гола, а средняя суммарная мощ-

ность только каменной соли — более 500 м. Отдельные чисто

соленосные пачки девонской карбонатно-соленосной форма-

ции Западной Канады имеют мощность 350

—

400 м и площадь

распространения

150 —

350 тыс. км

. Верхнепермский Цех-

штейновый соленосный бассейн Европы протягивается от

западных берегов Англии через Нидерланды, Германию, Да-

нию, Польшу до Литвы и Калининградской области России,

включая акваторию Северного и частично Балтийского мо-

рей, и имеет площадь более 700 тыс. км

. Наконец, галоген-

ные отложения нижнепермского соленосного бассейна Вос-

точно-Европейской платформы установлены на площади

свыше 1,5 млн км

, а первичная мощность кунгурских солей в

Прикаспийской впадине составляет не менее 2000 м. Эти

1974)

примеры показывают, что масштабы соленакопления по пло-

щади, объемам и длительности не сопоставимы с таковыми

лагун. Это были обширные длительно существовавшие моря,

а современные лагуны, в том числе Кара-Богаз-Гол, — лишь

значительно уменьшенные во времени и пространстве и уп-

рощенные их модели.

То же самое касается глубины бассейнов соленакопления.

По простой аналогии с современными примерами все эти

бассейны нередко считались мелководными, что оказалось не

совсем верным или, точнее, верным лишь частично.

В геологической истории существовало, по крайней мере,

два типа бассейнов и соответственно два типа образующихся

соленосных отложений (Кузнецов, 1972; Яншин, 1961, 1964)

(рис. 8.16, табл. 8.2).

Один тип бассейнов — действительно плоские мелковод-

ные полуизолированные водоемы, где формируются солевые

отложения. Даже небольшие колебания уровня моря за счет

тектонических движений или эвстатики ведут к периодиче-

скому открытию этих водоемов, возобновлению связей их с

Мировым океаном, прекращению соленакопления и форми-

рованию несолевых отложений. В итоге соленосная толща

является гетерогенной, полициклической, представляет собой

многократное переслаивание солевых и несолевых пород.

Последние представлены карбонатными или глинистыми по-

родами; в самих солях нередко примеси терригенного, преж-

де всего глинистого материала, что ведет к образованию га-

лопелитов. Общая мощность формации может быть весьма

значительна, а мощность отдельных солевых пачек обычно не

более нескольких десятков метров, реже 100—150 м. Приме-

рами таких гетерогенных соленосных формаций являются

уже упоминавшиеся кембрийские отложения Сибирской

платформы, силурийские бассейнов Мичиган и Иллинойс в

США, среднедевонские Уиллистонского и Канадского бас-

сейнов, пермские Днепровско-Донецкой впадины, неогено-

вые соли Закавказья и др.

Второй тип — это глубокие котловинные моря, так-

же имеющие затрудненный водообмен с Мировым океаном.

Активное испарение в условиях аридного климата ведет

к повышению концентрации солей и увеличению плот-

ности воды. Эти более тяжелые воды опускаются вниз,

что вызывает плотностное расслоение водной толщи, появля-

ется так называемый пикноклин (pycnocline) — слой воды,

характеризующийся резким изменением плотности с глу-

биной.

1974)

Таблица 8.2

Некоторые особенности разных типов соленосных формаций

Особенности строения

и состава

Тип формаций

гетерогенные, поли-

циклические мелко-

водные

гомогенные, моно-

или малоциклические глу-

боководные

1. Подстилающие фор-

мацию отложения

2. Формирование

структуры подошвы

3. Состав формаций

(внутреннее строение)

4. Мощности

5. Условия образова-

ния

6. Тектоническая при-

уроченность и харак-

тер тектонических

движений

Мелководные, часто

континентальные. На

площади соленакопле-

ния образовались при-

мерно на одном гип-

сометрическом уровне

(субаквальном или

субаэральном)

Определяется прежде

всего прогибанием,

синхронным солена-

коплению, а также по-

следующими тектони-

ческими движениями

Резко неоднороден.

Закономерное чередо-

вание собственно со-

левых и несолевых

пород — глин, карбо-

натов. В самих солях

много терригенных

примесей, вплоть до

образования галопели-

тов

Собственно солевых

пород в циклитах не-

большие — обычно

первые десятки мет-

ров. Суммарная мощ-

ность может быть

BGCbMd. большой

Многократное выпол-

нение периодически

возникающих неболь-

ших по глубине де-

прессий. В целом мел-

ководные

Платформы, краевые

прогибы, межгорные

впадины. Эпохи ак-

тивного прогибания

Морские разнофациаль-

ные — от мелководных до

глубоководных, часто с

рифами на их границе.

Грубоководные отложения

обычно высокобитуминоз-

ны и являются нефтепро-

дуцирующими, распро-

странены в районах мак-

симальных мощностей со-

леносных толщ

В значительной степени

обусловлено подводной

палеотопографией, пред-

шествующей соленакоп-

лению. Может изменяться

последующими тектониче-

скими движениями

Сравнительно однороден.

Несолевых пород мало или

они отсутствуют, повы-

шенное количество может

наблюдаться на перифе-

рии, распределение их

незакономерно

Могут быть очень боль-

шими (до 1000 м и более);

в малоциклических —

мощности отдельных цик-

литов несоизмеримо вы-

ше, чем в полицикличе-

ских

Одно- или двух-пятикрат-

ное выполнение глубоких

впадин. По-видимому, ка-

ждый последующий цикл

выполнения образует лин-

зу, смещающуюся во впа-

дину. В нижней части —

глубоководные, в верх-

ней — мелководные

Платформы, реже краевые

прогибы. Эпохи опреде-

ленной стабилизации по-

сле предшествующего не-

компенсированного про-

гибания

1974)

Продолжение табл. 8.2

Особенности строения

и состава

Тип формаций

Особенности строения

и состава

гетерогенные, поли-

циклические мелко-

водные

гомогенные, моно-

или малоциклические

глубоководные

7. Особенности строе-

ния отложений на пе-

риферии бассейна со-

ленакопления

8. Сезонная слои-

стость

9. Полезные ископае-

мые

10. Характер проявле-

ния соляной тектони-

ки

11. Покрывающие от-

ложения

Нередко мелководно-

морские отложения,

соответствующие

трансгрессивным эле-

ментам циклитов CO-

леносной формации, с

многочисленными пе-

рерывами, синхронны-

ми регрессивным эле-

ментам (периодам соб-

ственно соленакопле-

ния). Перерывы могут

фиксироваться про-

слоями континенталь-

ных отложений

Практически по всей

мощности солевых па-

чек

В очень крупных бас-

сейнах — калийные

соли, часто полимине-

ральные (сульфатные

и хлоридные)

Гетерогенность и на-

личие компетентных

пород снижает общую

пластичность, и соля-

ная тектоника не все-

гда развита или разви-

та относительно слабо

Обычно континентальн

ские мелководные. Не

климата

Периоду соленакопления

соответствует региональ-

ный перерыв (кроме зоны

питания морской водой)

Четкая, главным образом в

верхней части толщи

Основные и наиболее бо-

гатые месторождения ка-

лийных солей, обычно хло-

ридных. Промышленные

выделения боратов, повы-

шенные содержания ру-

бидия, таллия, цезия и др.

В соответствующих усло-

виях интенсивно выраже-

на

ые красноцветные или мор-

редки признаки аридности

Плотностное расслоение, наличие пикноклина ведет к то-

му, что вертикальное перемещение и перемешивание воды

прекращается, в придонной зоне создаются застойные усло-

вия, сюда не поступает кислород, исчезает донная фауна. Все

это обусловливает накопление осадков, обогащенных органи-

ческим веществом, поскольку попадающие сюда остатки жи-

вущих в водной толще организмов (главным образом планк-

тона) не окисляются и не потребляются бентосом. В началь-

ные этапы развития такого бассейна здесь формируются

темные, обогащенные органическим веществом глинистые и

глинисто-карбонатные тонкослоистые осадки, которые по ме-

424

ре осолонения водоема сменяются также темноцветными

тонкослоистыми битуминозными карбонатно-ангидритовыми

и ангидритовыми отложениями. Наконец, при дальнейшем

прогрессирующем осолонении начинается садка галита, и

каменная соль заполняет глубоководную котловину. В итоге

образуется мощная достаточно однородная соленосная толща,

залегающая на глубоководных отложениях. В кровле таких

толщ нередко формируются и крайне растворимые калийные

соли и даже бораты. К таким гомогенным «моноцикличе-

ским» толщам относятся кунгурские отложения Прикаспий-

ской впадины и Предуральского краевого прогиба, верхне-

пермские соленосные отложения Пермского бассейна США и

Цехштейна Европы, девонские соли Днепровско-Донецкой

впадины и др.

Отдельные периоды распреснения из-за инертности ог-

ромной водной массы обычно не очень значительны, карди-

нально не меняют обстановку и фиксируются появлением

среди галогенных пород сульфатов

—

ангидритов и гипсов.

Соленакопление подобного типа в современных условиях

отсутствует, однако древние примеры устанавливаются дос-

таточно надежно. Одним из свидетельств этого является вы-

сокая скорость садки солей. Современная каменная соль

осаждается со скоростью до 80—120 и даже до 150 мм/год.

Скорости образования древних соленосных отложений

меньше — есть периоды приостановки и осаждения сульфа-

тов и доломитов, скорости накопления которых значительно

меньше, сказывается частичное растворение и другие факто-

ры. Тем не менее расчеты скоростей осадконакопления для

различных соленосных толщ силура, девона, перми дают зна-

чения

10 — 50

мм/год. К примеру, верхнеюрская (кимме-

ридж—титон) гаурдакская свита Среднеазиатского солерод-

ного бассейна, включающая каменную соль и ангидриты

суммарной мощностью до 1000—1400 м, сформировалась по

оценкам, полученным двумя независимыми методами, за

700 —

92 500 лет (Байков, Седлецкий, 2001). Даже если при-

нять максимальное значение 100 тыс. лет, что геологически

почти мгновенно, ясно, что почти 1500-метровое тектониче-

ское прогибание за этот короткий промежуток времени име-

ло бы совершенно нереальную скорость. Для сравнения —

максимальные скорости тектонического прогибания, рассчи-

танные таким же образом, дают для палеозоя и мезозоя зна-

чения 0,03

—

0,06 мм/год, а для кайнозоя 0,2

— 0,3

мм/год, т.е.

на

2 — 3

порядка меньше. Основное тектоническое прогиба-

ние происходило до соленакопления, и оно обусловило фор-

1974)

мирование глубокого бассейна, который и заполнился («пас-

сивно») солями. Другими словами, большая мощность соле-

носных толщ определяется не интенсивным тектоническим

прогибанием, а заполнением уже существующей депрессии.

Другим свидетельством заполнения солями уже сущест-

вующих глубоких бассейнов является залегание мощных од-

нородных соленосных толщ на глубоководных отложениях.

Специфика таких глубоководных отложений заключается в

том, что литологические данные указывают лишь на глубоко-

водность отложений, по крайней мере на глубину, превы-

шающую зону действия волнений, но не позволяют устано-

вить абсолютные значения. Последнее возможно оценить по

соотношению мощностей глубоководных подсолевых и син-

хронных им мелководных отложений. Разница этих мощно-

стей примерно равна глубине бассейна до начала соленакоп-

ления. Интересно и важно отметить, что во многих случаях

происходит взаимокомпенсация мощностей, т.е. малым мощ-

ностям подсолевых отложений соответствуют максимальные

мощности соли и наоборот. В итоге суммарные мощности

подсолевых и соленосных отложений оказываются равными

или близкими в зоне развития солей и вне их распростра-

нения.

Таким образом, мощные однородные соленосные толщи

являются толщами заполнения предшествующего рельефа, а

не мерилом теконического прогибания, и служат тем самым

важным элементом палеогеоморфологического, а не палео-

тектонического анализа.

Надо отметить, что такое заполнение происходит не одно-

актно и равномерно по всему бассейну. Вначале, как обычно,

осаждаются сульфаты, причем на обрамляющих глубоковод-

ную впадину участках отлагаются мелководные осадки не-

большой мощности, в глубоководной — тонкослоисные биту-

минозные, а на бортах впадины формируются мощные толщи

ангидритов — «ангидритовые валы» (рис. 8.17, а). В следую-

щую, основную стадию при большей солености оставшаяся

ванна заполняется каменной солью. Если такое заполнение

происходит несколько раз, т.е. за одну стадию соленакопле-

ния депрессия не выравнивается, образуется серия ангидри-

товых валов, смещающихся со временем в сторону центра

бассейна (рис. 8.17, б). Такая ситуация изучена, например, в

цехштейне Европы, кембрии Восточной Сибири и некоторых

других регионах.

Специальные расчеты показывают, что увеличение соле-

ности при активном испарении и определенной изоляции

1974)

Рис. 8.17. Схема образования ангидритовых валов при однократном (а) и

многократном (б) заполнении солями глубоководной впадины.

1—2 —

ангидриты, в том числе битуминозные (2); 3 — каменная соль

бассейна происходит как в мелководном, так и в глубоковод-

ном водоеме. Разница заключается в том, что в первом случае

повышение солености до стадии осаждения легко раствори-

мых солей происходит значительно быстрее. В геологическом

же масштабе время достижения предела растворимости

весьма невелико и реализуется и в глубоководных бассейнах

даже в семиаридных условиях; определяющим оказывается

степень изоляции водоема.

Возвращаясь к гетерогенным соленосным толщам мелко-

водных бассейнов, надо отметить, что, в противоположность

гомогенным солям, их суммарная мощность, т.е. мощность

солевых и межсолевых — глинистых карбонатных пород в

целом отражает амплитуду тектонического прогибания. Во

время накопления несолевых отложений, а оно весьма дли-

тельно, прогибание формирует в целом мелководную пло-

скую, но тем не менее морфологически выраженную депрес-

1974)

сию, которая во время повышения солености быстро запол-

няется солью, а при снижении солености вновь откладывают-

ся несолевые осадки и формируется ванна для последующего

соленакопления. Эта периодическая смена соленостей опре-

деляется главным образом изменением объемов поступления

морских вод, т.е. изоляцией или, напротив, открытием

бассейна. Эти изменения могут быть обусловлены тектониче-

скими причинами — либо подъемом или опусканием

перемычки — порога, либо, чаще, колебаниями уровня моря,

что ведет к увеличению или уменьшению глубины этого

порога.

Совершенно ясно, что описанные два типа бассейнов и

соответственно два типа соленосных толщ являются, во-

первых, «крайними случаями» и имеются переходные вари-

анты и, во-вторых, не исчерпывают всех обстановок солена-

копления.

Очень интересная ситуация была обнаружена в процессе

реализации проекта глубоководного бурения (DSDP) в Среди-

земном море. Эту обстановку можно условно назвать «мел-

ководный бассейн в глубокой впадине». Глубоководная кот-

ловина Средиземного моря сообщается с Мировым океаном

через относительно узкий Гибралтарский пролив. В конце

миоцена в мессинское время эта связь оказалась прерванной

и при отсутствии поступления океанских вод море практиче-

ски высохло, что, в частности, доказывается наличием глубо-

ких врезов древних речных долин. (Напомним, что пониже-

ние базиса эрозии ведет к интенсивной глубинной эрозии.)

Образовалась огромная бессточная впадина, в отдельных

относительно мелких депрессиях которой происходило соле-

накопление. Таким образом, с точки зрения только соленако-

пления это был мелководный бассейн, но с точки зрения

общей геоморфологии бассейн этот располагался в обширной

и очень глубокой бессточной внутриконтинентальной впа-

дине.

Подобная ситуация не является чем-то сверхординарным.

В настоящее время также существуют бессточные внутри-

континентальные впадины, дно которых расположено ниже

уровня моря и в которых нередко имеются высокоминерали-

зованные водоемы. Так, во впадине Хор на Ближнем Востоке

располагается Мертвое море, поверхность воды которого на

395 м ниже уровня Мирового океана. Уровень оз. Ассаль

во впадине Афар в Джибути имеет отметку —153 м, оз. Сол-

тон-Си в Нижнекалифорнийской впадине Сена

— 72

м.

Дно бессточной впадины Карагие (Батыр) в Казахстане имеет

1974)

Вертикальный разрез

(идеализированный)

Интерпретация

Движение воды

^ИспарениеЦ

Разрез себхи

Зоны

Щ®.

f ипс-галнтовая корка/

Некоторое количес-

тво гипса и галита в

слоистых серых пес-

ках

Мелкокристал-

лические гипсовые

желваки

ffiSTt ^

Соленость! I

>300 %о I I

V - осаждение

галита в "над-

литоральных"

песках

IV - осаждение

гипса в виде

желваков

Крупнокристал-

лические желваки

гипса и полосы сло-

истых (окисленных)

коричневых песков

о. Ξ

III - разраста-

ние кристаллов

гипса в желва-

ках "надлито-

ральных" пес-

ков

0,5

Уровень! вод

Слоистые коричне-

вые пески (местами

с кристаллами

гипса)

II - растворение

"литоральных"

кристаллов

гипса, формиро-

вание свобод-

ных от гипса

песков

60 %· Гиперсоле-

ные грунтовые во-

ды, обогащенные

сульфатом

1,5

Раковинные

глауконнтовые

пески

I - лагунные

морские пески

Рис. 8.18. Типичный вертикальный разрез себхи вдоль побережья Среди-

земного моря в районе дельты Нила вблизи Эль-Хаммама. Пример постсе-

диментационного образования солей за счет подтягивания грунтовых вод

и их испарения на поверхности (по Б.Ш. Шрейберу, 1990; А.С. Kendal,

G.M. Harwood

1996)