Петтиджон ?. Дж. Осадочные породы

Подождите немного. Документ загружается.

тел. Это наблюдается, например, в дельтах, в которых встречаются мно-

гие разновидности песчаных тел различного происхождения.

Интерес к изучению геометрии осадочных тел значительно возрос

в процессе понсково-разведочиых работ на нефть отчасти потому, что·

некоторые залежи нефти связаны с определенными осадочными телами

(такими как рифы и шиурковые песчаники) или заключены в иих,

а также и потому что бурение густой сети скважии позволило детально

изучить геометрию песчаных тел. Под геометрией тела мы понимаем

его общую форму и размеры, но не внутреннее строение, хотя оба этих

параметра взаимосвязаны. Последняя характеристика рассматривается

в главе, посвящеииой анализу условий осадконакопления, для реконст-

рукции которых как внешняя форма, так и внутренние текстуры оса-

дочного тела играют первостепенную роль.

Одной из первых работ, посвящеииых геометрии песчаных тел, бы-

ла статья Рича [38], в которой автор сделал попытку разработать ра-

циональную классификацию песчаных тел н обобщить их отличительные-

черты. Пристальное внимание ученых вызвала публикация в 1961 г.

специального сборника по результатам симпозиума «Геометрия песча-

ных тел», содержащего 14 статей по этому вопросу. Работы последних

лет включают исследования Поттера [33, 34], изучавшего форму и ха-

рактер распространения позднепалеозойских песчаных тел в Иллинойс-

ском бассейне; работу Лебланка [24] о геометрии песчаных пород-кол-

лекторов, Шелтона и др. [45]. Конечно, существует большое количество

публикаций, посвященных конкретным песчаным телам, некоторые ш

них упомянуты в настоящей работе, остальные рассматриваются в сбор-

нике статей по песчаным коллекторам [50].

Серьезным толчком к изучению геометрии карбонатных тел послу-

жило открытие иефти в некоторых ископаемых карбонатных рифах-

Этн открытия привели к возрождению повышенного интереса к иско-

паемым и современным рифам. Значительная часть исследований была

посвящена геометрии рифов, их форме и размерам. Вскоре было уста-

новлено, что не все бногермы, как называли локальные карбонатные-

постройки Камингс и Шрок [II], являются рифами. Некоторые пред-

ставляют собой тела, сложенные обломочными известняками и глини-

сто-карбонатным материалом. Несмотря на то что исследованию раз-

меров, формы и ориентировки этих карбонатных построек уделялось

большое внимание, геометрия карбонатных образований изучена значи-

тельно хуже, чем геометрия песчаных тел.

С другой стороны, геометрия соляных куполов или штоков и свя-

занных с инми образований известна достаточно давно, что также

объясняется приуроченностью нефти к указанным структурам. Совре-

менные представления об этих структурах суммированы в различных

учебниках и справочниках, например в книге Леворсена «Геология

нефти» [26, с. 356—359] и в сборнике статей по диапиризму и диапи-

рам [5]. В противоположность песчаным телам и рифам, соляные ку-

пола представляют собой вторичные или постседимеитационные тела,

не имеющие современных аналогов. Геометрия песчаных даек и енллов

изучена только иа примерах ископаемых отложений.

В целом геометрия осадочных тел может быть установлена при

тщательном картировании отпрепарированных участков и разрезов ри-

фов, песчаных тел и тому подобных образований или при изучении ка-

ротажных диаграмм, кериа или шлама из скважин на хорошо разбу-

ренной территории.

142-

Песчаные тела

Первоначально тела песчаных пород описывались либо как лла-

стообразные, протяженные в двух измерениях и ограниченные

в третьем направлении, либо как шнурковые, вытянутые только

в одном направлении и ограниченные в двух других. Крыиин [23] уве-

личил количество категорий

песчаных тел до четырех: по-

кровные или плащеобразные,

таблитчатые, призматические

и шиурковые (рис. 5-1). Каж-

дая категория получила свое

определение в зависимости от

величины отношения ширины

тела к его мощности. Другие

исследователи классифициро-

вали песчаные тела по генети-

ческому признаку (Риттенхауз

[42], Лебланк [24]), обозна-

чая их как аллювиальные ко-

нусы, дюны, пляжи и т. д. Хотя

такой подход несет наиболь-

шую геологическую смысло-

вую нагрузку, он приводит

к смешению вопроса гео-

метрии (форма и размер)

с концепцией общей осадочной модели, охватывающей многие

другие понятия. Более того, как отмечал Поттер [33], гене-

тические классификации могут быть ошибочными, поскольку устаиов-

Покровные или плащеобразные

а б в

№

<3:1 >3:1 >3.1

Отношение длины к ширине тела

Рис. 5-2. Узоры покровных песчаных тел и четырех типов

удлиненных песчаных тел:

а — лннзовндные, б—лентовидные; β — дендроидные; а —пояса

ft >1000

50<I<<I000

I ft II/

5<к<50

к< 5

^ τι

Рис. 5-1. Геометрия осадочных тел. По Кры-

ннну [23]:

а —покровные нли плащеобразные; б —таблитчатые;

β — призматические; г — шнурковые. Параметры тел-

/ — длина, к— ширина в единицах, ft—мощность

I единица

183-

ление условий накопления большинства ископаемых десчаиых тел

представляет сложную задачу. К тому же один тип песчаного тела мо-

жет постепенно переходить в другой. Геофизические данные, характе-

ризующие подземное строение песчаного тела, не всегда позволяют

отнести его к определенному генетическому типу. Поэтому классифи-

кация Поттера иосит строгий описательный и геометрический характер.

Ои выделял два класса: пластообразиые песчаники, имеющие широкое

распространение, и лииейновытянутые, или удлиненные (в некоторых

случаях прерывистые) песчаные тела. В штате Иллинойс позднепалео-

зойские пластообразиые песчаные тела обнаруживают незначительную

мощность (менее б м), они сложены тонкозернистым материалом со·

знаками ряби и содержат морскую фауну. Песчаники образуют соглас-

но залегающие покровы. Удлиненные тела имеют большую мощность

(до 38 м), более грубый состав, содержат глинистые пропластки и

мелкую кварцевую гальку. Песчаники косослоистые, в них заключены

переотложенная морская фауна и растительные остатки. Подошва

удлиненных песчаных тел имеет эрозионный характер и несогласна по

отношению к подстилающим породам. По характеру распространения

выделяется четыре их типа: лннзовидные, лентовидные, дендроидные в

пояса (рис. 5-2).

Для наших целей мы различаем простые линейиовытянутые или

шиурковые песчаники, сложные и разветвленные тела, клиноподобные

песчаные тела и плащеобразные песчаники. Песчаные дайки н силлы

относятся к отдельному классу, поскольку имеют вторичную природу,

а ие являются первичным осадочным образованием. Песчаные тела,

конечно, бывают не только кварцевого состава. Карбонатные песчаники

также образуют обособленные тела [3], но по упомянутым ранее при-

чинам их труднее отличить в ископаемом состоянии, чем тела кварце-

вых песчаников, заключенные среди глин.

Шиурковые песчаники

Термин шиурковые песчаники (shoestring sands), предло-

женный Ричем [39], применяется к таким песчаным телам, которые

значительно вытянуты по сравнению с их мощностью и шириной. Они

образуются в результате накопления песчаного материала в относи-

тельно узком лииейновытянутом

поясе. Происхождение подобных

песчаников и прогноз их распро-

странения давно интересуют ис-

следователей, а ставшая класси-

ческой статья Басса [4], посвя-

щенная шнурковым песчаникам

Бартлсвилл в штате Канзас, воз-

будила значительный интерес к

изучению этих отложений.

Шиурковые песчаники обра-

зуют тела от мелких, поперечное

сечение которых укладывается

целиком в одно обнажение, до

Рис. 5-3. Русло Бетель (мнсснснпнй) и

структурная карта по кровле глин Нью-

Олбани, западная часть Кентукки

184-

крупных, мощностью несколько десятков метров, их ширина колеблется

от 0,8 км до 3,0 км прн протяженности до 160 км. Например, песчаник

Бетель (миссисипии) в западной части штата Кентукки и на юге цен-

тральной части штата Индиана прослеживается на расстоянии 320 км

J38] (рис. 5-3). Вблизи Форт-Кнокса мощность лесчаииков составляет

Рнс. 6-4. Схематическая картина допенсильваиского русла в округе Эдмоисон, штат

Кентукки.

Фации: J — нерусловые, 1 — русловые

45—61 м при ширине песчаного тела от0,8 до 1,3 км. [Семинар поосад-

конакоплению, 1969]. Русло Кейсивилл пенсильванского возраста в Кен-

тукки прослежено на 161 км, мощность отложений от 30 до 60 м и

ширина песчаного тела от 6,4 до 9,9 км (рис. 5-4). Аналогичный, но

меньший по масштабам пример представляют собой песчаники Аивил-

POK пенсильванского нозраста

в штате Иллинойс (рис. 5-5).

Шиурковые песчаники Бартлсвилл

пенсильванского возраста в Канза-

се и Оклахоме имеют мощность

15,2—45,7 м, ширина песчаного те-

ла колеблется от 0,8 до 3,2 км,

а отдельные тела вытянуты на

3,2—9,6 км. Как правило, песчани-

ки образуют «тренды», или пояса

длиной до 80 км (рис. 5-6).

Некоторые тела шнурковых пес-

чаников располагаются во врезан-

ных руслах, у других наблюдается

плоская подошва и нет видимой

связи с руслами. Тела шнурковых песчаников могут быть разорванными

или прерывистыми. Этот невыдержанный характер частично объясня-

ется процессами эрозии, в результате которой сохраняются изолирован-

ные останцы. В других случаях такой характер размещения предопре-

деляется условиями осадконакопления; разрозненные тела песчаников,

Рис. 5-5. Поперечный разрез песчаника

Анвнл-Рок (пеисильваний), округ Эд-

варде, штат Иллинойс.

Угольные пласты α — Jft 7, б — № 6. β — № Sa

з —ιNi б

185-

как отмечалось выше, могут группироваться в пояса, или *треяды*.

Некоторые тела шнурковых песчаников имеют достаточно простую*,

слегка изогнутую форму, другие—четкую извилистую форму. Отделу

вые тела шнурковых песчаников образуют сложные сочетания отложе-

ний с раздваивающимися или сливающимися телами. Подобные обра-

зования рассматриваются ниже.

R6E

T23S

T24S

T25S

T26S

T27S

T28S

T29S

Nri

4'·

R7E

T2IS

T22S

R8E

^ /

Г * \1

^ 7 о^

г л * '

'jf

·.

7с,. Ч

RIOE RtIE RIZE

RI3E

RSE

Рис. 5-6. Карта распределения шнурковых песчаников в округе Грин-

вуд-Батлер, штат Канзас. По Бассу [4]

Шнурковые песчаные тела имеют различное происхождение. Часть

из них представляет собой речные русла (Кейсивилл в Кентукки), не-

которые заполняют подводноморские промоины, врезанные в отложе-

ния карбонатного шельфа (Бертел), и отдельные тела являются барь-

ерными островами (Бартлсвилл).

Сложные песчаные тела

К этой категории песчаных тел относятся сложные образования,

в которых наблюдаются раздвоение, схождение или расхождение от-

дельных ветвей (как в кровеносной системе).

Сложность строения появляется в том случае, когда более или ме-

нее простые песчаные тела наложены друг на друга. В результате на-

ложения возникают песчаные тела переменной мощности. Такие нало-

женные тела можно назвать многоярусными (рис. 5-7).

В типичных случаях сложное строение песчаных тел объясняется

наличием многочисленных разветвлений, подобных тем, что наблюда-

ются в распределительной системе дельты. В ряде случаев распределе-

ние песчаных тел сходно с кровеносной системой. Один из примеров

186-

Рнс. 5-7. Происхождение многоярусных песчаных тел:

А — изолированные песчаные тела; Б—трехъярусное песчаное тело; В — двухъярусное песчаное

тело.

Положение подстилающего песчаного тела (заштриховано косыми линиями), контролируется дру-

гнин факторами, по сравнению с песчаными телами 1.1 н 3

Рис. 5-8. Карта сложнопостроениого песчаного тела свиты «Фрио» (олигоцеи).

Видна система распределительных русел (4) мелководной дельты: / — от 0 до 40. 2 —от 40 до

40,3 — более 60. СтрелкоП показано региональное простирание

I/ ci>

Рнс. 5-9. Песчаник свнты Буч (пенснльваний), округ Грейтер-Семинол, восточная Окла-

хома. По Бушу [8].

1 — глина; 2—нссок мощностью менее 0 м; 3 — песок мощностью более 6 м

такт сложных песчаных тел — отложения свиты Фрио (олигоцен) на

месторождении Силнгсои, которое по данным Нанца [29] образовалось

в распределительной системе верхней части дельтовой равнины

(рис. 5-8). Юрские песчаники свит Джекпайл в штате Нью-Мексико

обладают теми же характеристиками и предполагается, что происхожу

деиие их то же самое [43]. Одним из наиболее изученных примеров

широко разветвленных песчаных тел являются отложения свит Byv

(пеисильваиий) в восточной Оклахоме [8], которые рассматриваются

как отложения русловой распределительной системы дельты (рнс. 5-9).

Клиновидные (конусообразные) песчаные телв

Некоторые тела осадочных пород, в основном сложенные песчани-

ками и гравелитами, в поперечном сечении имеют клиновидную форму.

В плане они выглядят как ответвления максимальной мощной апикаль-

ной части, от которой косые слои расходятся лучами. Примером круп-

ного скопления форм подобного типа является пачка Солт-Уош свиты

Моррисон (юра) в штатах Юта и Колорадо. Пачка достигает 183 м по

и о м и н г

ико

80 км

Рнс. 5-10. Соотношение между направлениями косой слоистости (стрелки) и пзопахи-

тами пачки Солт-Уош, свиты Моррисон (юра) в юго-восточной части штата Юта н на

территории сопредельных штатов

188-

мощности в апикальной части клина и прослеживается иа север, севе-

ро-восток и восток примерно на 322 км (рис. 5-10). В отдельных случаях

многочисленные клиновидные тела сливаются и образуют сложный кли-

иоподобный шлейф.

Известно, что осадочные тела подобной формы и конфигурации на-

капливаются у подножий крутых подводных склонов и в устьях под-

водных каньонов. Только недавно исследователи научились различать

подобные турбидитовые конуса. Примерами таких отложений служат

миоценовые конуса Тарзана [48] и Капистрано на косе Даиа в окрест-

ностях Ньюпорта, штат Калифорния [31].

Покровные песчаники

Покровные песчаники характеризуются большей горизонтальной

протяженностью по сравнению с мощностью. Значительное количество

песчаных тел, вероятно большинство, относится к этой группе. Подоб-

ные песчаники распространены на площади в сотни квадратных кило-

метров, а площадь отдельных тел колеблется от нескольких десятков

до единиц квадратных метров.

Происхождение указанных тел долгое время оставалось неясным,

поскольку современные песчаные тела в основном связаны с реками и

побережьями и в обоих случаях представляют собой линейновытян>тые

образования. Каким образом песок разносится и отлагается и как обра-

зуются протяженные плащеобразные тела? Преобладает точка зрения,

что покровные песчаники образуются в результате «латерального осад-

конакопления», следовательно, их возраст в разных участках неодина-

ковый. Контуры песчаных тел под небольшим углом пересекают вре-

менные границы. Возможно, что такие песчаные покровы формируются

прн слиянии нескольких вытянутых песчаных тел, каждое из которых

в отдельности представляет собой шнурковое песчаное тело. Примерами

таких сложных тел покровных песчаников являются отложения группы

Месаверде мелового возраста в бассейне р. Сан-Хуан, штат Колорадо,

а также песчаник Пойнт-Лукаут [19], образовавшийся при неоднократ-

ном перемещении береговой линии (см. рис. 15-15).

Ориентировка песчаных тел

Значительный интерес представляет изучение ориентировки песча-

ного тела по отношению к простиранию седименгаиионных склонов, на

которых отлагаются осадки. Некоторые тела даже называются песча-

никами простирания, в том случае, если они располагаются па-

раллельно склону, и песчаниками падения, если оии ориенти-

рованы вниз по палеосклоиу. Линейные песчаные тела, которые обра-

зуются в виде барьерных островов, ориентированы параллельно

береговой линии. Другие тела, в частности связанные с руслами, рас-

полагаются перпендикулярно к берегу. Часть из них имеет неправиль-

ную форму и прямой связи с палеосклоном ие обнаруживают.

Если песчаное тело залегает над несогласием в кровле наклонных

пластов, накопление песчаников контролируется погребенным релье-

фом, в результате чего образуются песчаные тела долин [8].

С ориентировкой песчаных тел связан вопрос о соотношении тек-

стуры и структуры с внешней формой. Вероятно оба этих показателя

являются следствием той системы палеотечений, которая сформировала

песчаное тело. Очевидно, что ориентировка зерен и слоистость распола-

189-

гаются определенным образом по отношению к длинной оси песчаного

W что соответствует действительности Этот вопрос детально рас

смотрен в работе Поттера и Петтиджоиа [34J.

Песчаные дайки, сиплы и автоинтрузии

Инъекции или интрузии песка являются характерной чертой опре-

деленных ассоциаций осадочных пород. Неоднократно в литературе

описывались песчаные дайки, силлы и связанные с ними тела, встре-

чающиеся в широком стратиграфическом интервале от докембрия до

плейстоцена. .

Мощность песчаных даек колеблется от 2 см до Ш м (рис. э-Н).

Отдельные докембринскне кварцнтовые дайки, рассекающие свиту

Эспаньола иа северном берегу оя. Гурон, достигают мощности 9 м [37,

рнс. 11,6; 10, рис. 7; 14]. Это не-

обычные дайки, поскольку в них

заключена крупная галька грани-

тов (диаметром до 15 см), обычно

сконцентрированная в центральной

части дайки (см. рнс. 5-11). Боль-

шинство даек не прослеживаются

за пределами обнажения, однако

Витанаж [49] закартировал пес-

чаные дайки в гранитах Колорадо

длиной 12,9 км. Днллер [12] про-

следил на расстоянии 14,5 км «Ве-

ликую дайку», секущую меловые

отложения в долине Сакраменто,

штат Калифорния. Многие дайкн

предстазляют собой вертикальные

плоские тела с резкими контактами,

но в некоторых случаях, например в

польских Карпатах [13] ив палео-

геновых отложениях Туниса [17],

дайки образуют тела неправильной,

изогнутой формы и иа отдельных уча-

стках рассматриваются как преры-

вистые серии песчаных тел линзовид-

ноп формы. Бессистемная изогнутость объясняется сокращением мощно-

сти вмещающих глин в результате их уплотнения. Этот же процесс при-

водит к образованию смятых отпечатков трещин усыхания. Если такое

объяснение является правильным, то внедрение даек происходило на

ранней стадии, предшествовавшей уплотнению. Существует возможность

дать количественную оценку степени уплотнения глин после внедрения

дайки. Однако многие дайки, подобные тем что описаны в работе Дил-

лера [12], не подвергались деформации. Поскольку они ориентированы

вертикально по отношению к наклонным вмещающим породам, Днллер

считал, что внедрение таких даек происходило после образования на-

клона, т. е. не на ранней стадии, а значительно позже.

В основном дайки заполнены массивными песчаниками, хотя, как

отмечалось выше, в них может присутствовать галька, состав которой

отличается от состава вмещающих пород. Днллер [12, с. 425] наблю-

дал ориентировку чешуек слюды параллельно контактам даек. Анало-

гичное расположение слюды и ориентировка длинных осей кварцевых

190-

Ряс, 5-11. Песчаная дайка, рассекающая

отложения свиты Эспаньола (гуроиский

возраст) вблизи г. Эспаньола, провин-

ция Онтарио, Канада.

Дайка, сложенная грауваккамн, рассекает

тонкослоистые карбонатные алсаролиты. an·

встрелая поверхность которых образует ми-

крорельеф и сильно перемята

зерен отмечались и другими исследователями [49, с. 498]. Такое рас-

положение материала в дайках (параллельное их стенкам, а ие перпен-

дикулярное) свидетельствует о том, что материал даек внедряется при

нагнетании, а не за счет постепенного заполнения открытых трещии,

зерно за зерном.

Убедительным доказательством процесса нагнетания являются пес-

чаные силлы. Они имеют плоскую форму, ориентированы параллельно

слоистости, похожи на осадочные слои и часто за них принимаются

Однако в них не происходит изменения зернистости, нет слоистость,

отсутствуют подошвенные знаки, характерные для фаций, в которых

встречаются силлы. Если силлы прослеживать по простиранию, оии

обычно пересекают слои и продолжаются на более высоком или низком

стратиграфическом уровне.

Неясно, почему песчаные дайки, как правило, встречаются только

в определенных осадочных формациях (во флишевых толщах). Обра-

зование трещин объясняется землетрясениями; нагнетание материала —

гидростатическим давлением водонасыщениых «зыбучих» песчаников,

приобретающих подвижность. Некоторые авторы [15, 13, с. 258] ука-

зывали на связь между песчаными дайками и оползнями. Фейрбридж

считал дайки и связанные с ними текстуры показателями определенной

фациальной обстановки осадконакопления, а именно тектонически

активной нестабильной «зоны краевых прогибов геосннклинальных

поясов». Может быть, эта точка зрения и применима ко многим дайкам,

но сложные дайки в гранитах Колорадо образовались явно по другим

причинам.

Геометрия карбонатных тел

Геометрия карбонатных тел в целом изучена гораздо слабее, чем

геометрия песчаных тел. Это частично объясняется тем, что на каротаж-

ной диаграмме легче отделить песчаники от глин, чем карбонатный

песчаник от микрозернистого известняка. Другими словами, каротаж-

ные диаграммы не позволяют различать какой-либо особый тип извест-

няков от окружающих карбонатных пород. (Большинство песчаников

рассматривается как единое образование, поэтому для того чтобы уста-

новить форму и контуры песчаного тела, достаточно только отделить их

от вмещающих глин.) Следовательно, для разработки классификации

различных карбонатных тел наших знаний явно недостаточно. Исклю-

чением можно считать классификацию Болла [3] современных тел,

сложенных карбонатными песчаниками на Багамских островах, и иссле-

дования карбонатных построек, или биогермов, к которым относятся

собственно рифы и постройки из карбонатных илов, или банки.

Рифы

Рифы — это биогермы, которые представляют собой бестекстурную

карбонатную массу беспорядочной структуры, сложенную пористыми

породами (обычно доломитами), прерывающими слоистое залегание

регионально выдержанного карбонатного разреза. Эти тела являлись

островами с активной жизнедеятельностью и, следовательно, были

местами быстрого накопления карбонатов; н начале роста они образо-

вывали холмы на дне бассейнов, затем достигали поверхности моря и

даже частично возвышались над уровнем воды. Истинные рифовые по-

191-