Селли Р.Ч. Древние обстановки осадконакопления

Подождите немного. Документ загружается.

склону плато Колорадо, обращенному к западу, и, как можно ви-

деть местами, находится под косым углом к контролируемым скло-

ном палеотечениям соответствующих красных аллювиальных толщ

(рис. 49).

В отношении эолового происхождения этих песчаников выска-

зывался и ряд сомнений (см. работы К. Стэнли с соавторами,

У. Фримана и Г. Више). Так отмечалось, что крупномасштабная

косая слоистость, хорошая окатанность, отсортированность и штри-

ховатая поверхность зерен, присущие этим осадочным породам,

могли бы также отвечать условиям морского шельфа. Вероятност-

ные кривые сортированных песков сравнимы с таковыми для сов-

ременных фаций приливно-отливных течений. Зеленые пеллеты,

обнаруженные в рассматриваемых отложениях, интерпретирова-

лись как глауконит морского генезиса.

Участвовать в этой полемике, тем более не имея опыта собст-

венных полевых исследований рассматриваемых пород, трудно. Од-

нако здесь можно отметить два момента: во-первых, само сущест-

вование такой дилеммы свидетельствует об отсутствии ясных кри-

териев распознавания пород эолового генезиса, а во-вторых, на

обширных шельфах, где приливно-отливное мелководное море

периодически заливало пустыню, эоловые пески могли наследо-

вать текстурные особенности, созданные под действием воды, и

наоборот.

Благодаря изобилию имеющихся в нашем распоряжении стра-

тиграфических и седиментологических данных палеогеографические

условия древнего плато Колорадо могут быть реконструированы

достаточно детально. В Пенсильвании и ранней перми дюны пе-

риодически распространялись по прибрежной равнине, отделяю-

щей моря геосинклинали Скалистых гор от аллювиальных пред-

горных конусов, спускавшихся к востоку. Эоловые песчаники,

имеющие возраст от поздней перми до среднего триаса, не из-

вестны.

В позднем триасе и в ранней юре поля дюн развивались во

внутренних бассейнах на удалении от моря. Среднеюрские эоло-

вые песчаники не известны. В поздней юре формировались как

прибрежные дюны, так и поля дюн внутренних бассейнов (рис.50).

У. Таннер в 1965 г. опубликовал результаты исследования верхне-

юрской палеогеографической обстановки района Фо-Корнер («Че-

тыре страны света») на плато Колорадо. Морские осадки, образо-

вание которых связано с направленными к юго-западу вдольбере-

говыми палеотечениями, фациально переходят к востоку в породы

формации Энтрада. Накопление песчаника формации Энтрада свя-

зано с комплексом мигрирующих к юго-востоку береговых дюн,

которые в какие-то периоды времени отделяли открытое море от

осадков формации гинерсоленого оз. Тодилто. Языки аллювиаль-

ных отложений в толще эолового песчаника Энтрада имеют косую

слоистость, направленную к северо-западу. Таким образом они

маркируют направление палеосклона, по которому реки текли в

море (см. рис. 49).

РИС. 50. Схематические разрезы, иллюстрирующие условия накопления эоловых

песчаников плато Колорадо:

А — поздняя юра; Б — поздний триае — ранняя юра; В — поздний пенсильваний — пермь;

1 — несогласие под формацией Моррисон; 2 — пояс береговых дюн; 3 — поле внутриконти-

нентальных дюн; 4 — поля береговых и внутриконтинентальных дюн; / — морские извест-

няки, доломиты и эвапориты; 2

—

эоловые песчаники; 3 — аллювиальные песчаники, кон-

гломераты и алевролиты

дискуссия

Ввиду того, что процессы эоловой и водной седиментации очень

схожи, различать отложения того и другого генезиса крайне труд-

но. Даже классические мезозойские песчаные образования Коло-

радо, как только что было показано, становились объектом реин-

терпретации. Какого-либо одного критерия, позволяющего со всей

определенностью устанавливать происхождение таких песчаников,

не существует. Удовлетворительные результаты могут быть достиг-

нуты только при использовании совокупности критериев, подкреп-

ленных к тому же отсутствием позитивных признаков субакваль-

ной обстановки. Погребенные образования и в этом случае диаг-

ностируются по пяти факторам — геометрии, литологии, осадочным

текстурам, палеонтологическим материалам и характеру палеоте-

чений.

Эоловые образования не обладают определенной геометрией.

Морфология первичных дюн песчаного моря, как правило, сглажи-

вается еще до отложения осадков последующей фации. В основ-

ном конечная форма таких образований — покров. В подобных

случаях значимость могут приобрести обстановки накопления со-

седних фаций. Поскольку пустыни относятся к равновесным об-

становкам, то песчаные дюны часто мигрируют по поверхностям

несогласия, цементированным ферро-, каль- или силкретом и пере-

крытым тонким слоем гальки, которая может включать трех-, че-

тырех-, а иногда и легендарные пятигранники. Возможен лате-

ральный переход эоловых песков в аллювиальные пески зандров

с ветвящимися руслами, в сланцы плайевых озер и эвапориты или

фанконгломераты. Из-за однообразного вещественного состава

песчаников здесь отсутствуют какие-либо значимые внутренние от-

ражающие горизонты, н, как уже указывалось, палеорельеф дюн

едва ли сохраняется.

Согласно геологическому фольклору, эоловые пески — это хо-

рошо окатанные и сортированные ортокварциты с явной (под мик-

роскопом) инееподобной штриховатостью поверхности зерен, де-

монстрирующие при изучении их с помощью сканирующего элек-

тронного микроскопа первичные осадочные текстуры. Дифферен-

цировать современные эоловые пески от субаквальных позволяет

статистический анализ кривых размерности частиц.

Увы, дело обстоит совсем не так просто. Как уже говорилось,

использовать в диагностике обстановок накопления осадков гра-

нулометрический анализ и изучение структуры поверхности зерен

весьма опасно, так как сразу же возникает вопрос: не были ли те

или иные особенности унаследованы или связаны с переотложе-

нием? Существуют также определенные трудности с дезагрегаци-

ей литифицированных песчаников, а кроме того, поверхности зерен

могут быть видоизменены процессами растворения и цементации.

Действительно, дюны в пустыне Сахара и Аравийской сложены хо-

рошо окатанными и хорошо сортированными ортокварцитами. Но-

это никоим образом не характеризует их современную обстанов-

ку. Пески современных дюн в той и другой пустынях являются

поли—поли—полицикличными. Они прошли через многие циклы

выветривания, эрозии, отложения, транспортировки и литифика-

ции. Отсюда естественно ожидать зрелости этих песков с точки

зрения их структурных особенностей и минералогического состава

независимо от современной обстановки осадконакопления.

На самом деле многие эоловые пески, будучи структурно зре-

лы, очень часто в отношении своего минералогического состава

оказываются незрелыми.

Хорошо окатанные зерна полевого шпата встречаются в песках

современных дюн Сахары и в пермских отложениях Северного

моря. Черные дюны, сложенные вулканокластическим песком, име-

ются в Исландии, вблизи третичных лавовых потоков в Сахаре и

в других местах. -

Многие геологи для разделения эоловых образований и осад-

ков, отложенных водой или в воде, предлагают использовать сле-

дующий критерий. Принято считать, что эоловые пески отличают-

ся лучшей сортированностью по сравнению с песками, отложен-

ными водой. В общем, это действительно так, однако какой-то

условно выбранный предел здесь отсутствует. Классические эоло-

вые триасовые песчаники Бантер в Англии (trask sorting coeffi-

cient) имеют коэффициент сортировки, равный 1,41, т. е. они не так

эа

хорошо сортированы, исходя из того, что значение данного коэф-

фициента для иляжевых песков, приведенное в пособии У. Крам-

бейном, равно 1,22. Распространено мнение, что кривая размерно-

сти зерен в случае эоловых песков имеет положительную асим-

метрию с выступом в области очень тонких частиц. Как показали

работы Р. Фолка и Г. Фридмана, этот фактор может быть исполь-

зован для отличения их от пляжевых, а не от аллювиальных пес-

ков. Хотя выработаны и текстурные критерии для различения эо-

ловых и водных песков, использовать их в случае древ-

них эоловых образований по ряду причин трудно (см. по этому

вопросу работы Ж. Бигареллы). Считается, что обычно эоловые

пески очень хорошо окатаны, и, действительно, как показали экс-

перименты с кварцевыми песками, ветер в этом отношении явля-

ется более действенным агентом, чем текучие воды [43]. Вместе

с тем, важно отметить, что полициклический характер развития

эоловых песчаников плато Колорадо, пермо-триасовых образова-

ний Европы и современных эоловых накоплений Сахары законо-

мерно требует хорошей окатанности и сортировки независимо от

того, эоловый или какой-либо иной генезис этих отложений.

Под оптическим микроскопом поверхности зерен эоловых пес-

ков штриховаты, изъедены кавернами; с помощью электронного

микроскопа с высоким разрешением можно выделять разнообраз-

ные признаки, позволяющие отличать их от песков, испытавших

воздействие воды или льда. Все эти особенности эоловых песков

требуют самой тщательной интерпретации; необходимо также

помнить, что дюны могут быть переработаны текучими водами, а

аллювиальные конусы осушены и перевеены ветром. Таким обра-

зом, осадки, отложенные в водной среде, могут наследовать эоло-

вые признаки и наоборот. По той же причине с большой осторож-

ностью следует интерпретировать эоловые многогранники (венти-

факты, дрейканторы и т. п.).

Многие современные прибрежные отмели и барьерные острова

покрыты эоловыми дюнами, пески которых часто содержат облом-

ки морских раковин, а некоторые целиком состоят из зерен карбо-

натных пород. По всему земному шару берега морей окаймлены

плейстоценовыми известняками с весьма выразительной крупной

косой слоистостью. Они имеют разные названия: багамиты (на Ба-

гамских островах), эолианиты, или милиолиты (в Персидском за-

ливе между Ираном и Аравийским полуостровом). Геологи рас-

полагают множеством фактов, свидетельствующих в пользу эоло-

вого или морского происхождения этих пород. Конечно, извест-

няки могут подвергаться доломитизации; возможно существова-

ние эоловых доломитов в подповерхностном залегании.

Бывают задачи и посложнее: некоторые современные эоловые

дюны сложены гипсовыми песками. Они встречаются там, где про-

исходит дефляция себхи и где гипс и кристаллы подвергаются

эрозии и истиранию. Современные примеры такого рода известны

как для береговых дюн, подобных дюнам Абу-Даби, так и для

дюн внутренних областей, сходных с теми, что имеются в Нацио'

нальном парке США Уайт-Сэндз («Белые пески») в шт. Нью-

Мексико. Их аналоги — дюны Тодилто юрского возраста — уже

упоминались. При погребении отложений и под действием высоких

температур гипс, конечно, дегидратируется и превращается в ан-

гидрит. Поэтому не вызывают удивления находки в погребенном

залегании косослоистого ангидрита.

Эоловые образования бывают не только песчаной размерности.

Происхождение плейстоценовых пылеватых лёссов Северной Аме-

рики, Европы и КНР связывают с действием ветра в аридных зо-

нах вблизи ледниковых шапок (подробнее см. об этом в работе

И. Смолли, посвященной литологии и генезису лёссов).

Таким образом, использовать литологию в качестве диагно-

стического критерия эоловых отложений трудно. В простейшем

случае в качестве эоловых могут рассматриваться хорошо окатан-

ные и сортированные пески от средне- до тонкозернистых, имею-

щие различный минералогический состав (от кварцитов и аркозов

до известняка, доломита и эвапорита). В таких песках мало ве-

роятно присутствие гальки или обломков сланцев. Они могут иметь

красную железистую окраску, свидетельствующую, как уже гово-

рилось ранее, о раннем диагенезе в условиях выше уровня грунто-

вых вод.

Из приведенного описания литологических особенностей эоло-

вых песков ясно, что эти накопления могут содержать и даже пол-

ностью состоять из остатков различных морских организмов. Од-

нако фоссилии в этом случае будут крайне фрагментарны, истер-

ты и окатаны.

Наличие множества биотурбаций могло бы в таком случае слу-

жить критерием, позволяющим дифференцировать пески морско-

го мелководья от эоловых; трудность их различения в том, что в

литологическом, структурном и текстурном отношениях обе эти

фации весьма схожи. Однако вертикальные ходы — следы жизне-

деятельности червей, моллюсков и других беспозвоночных следует в

этом случае дифференцировать от ризоконкреций. Последние пред-

ставляют собой полые песчаные трубочки, сцементированные кар-

бонатом кальция или гипсом и образующиеся вокруг корней рас-

тений (рис. 51). Так как растения извлекают влагу из песка, то

вокруг корней выпадают соли. Конечно, ризоконкреции не явля-

ются исключительной принадлежностью эоловых песков — они

встречаются и в аллювиальных песках, накапливающихся в арид-

ных условиях. Кроме того, существуют интраформационные кон-

гломераты, состоящие из фрагментированных конкреционных тру-

бок.

Часто для различения эоловых и водных образований исполь-

зуют осадочные текстуры. Как уже указывалось, эоловым отложе-

ниям присущи длинные и низкие знаки ряби. У. Таннером [94]

было установлено, что индекс ряби, превышающий 15, может быть

использован для отличения эоловой ряби от водной (исключая

рябь зоны наката). Этим исследователем эмпирически был выве-

ден ряд других статистических критериев, позволяющих отличать

РИС. 51. Ризоконкреции в красных континентальных песчаниках триасового воз-

раста, Сидмут, граф. Девон (Великобритания)

РИС. 52. Крупная изогнутая косая слоистость в красном пермском песчанике

Даулиш (Великобритания).

-Многие геологи считают подобную косую слоистость типичной для эоловых накоплений

эоловую рябь от водной. Можно предположить, что слоистость

смятия свойственна лишь водным осадкам, но на самом деле это

далеко не так. Аналогичный тип слоистости зафиксирован и в со-

временных дюнах. Она встречается в эоловых песчаниках плато

Колорадо и особенно широко в образованиях формации Навахо.

Очень толстая косая слоистость часто считается характерной

именно для эоловых песков (рис. 52). Однако уровень наших зна-

ний о современных морских песчаных барах не позволяет опреде-

лить максимальные высоты (толщину пачек) косой слоистости,

характерные для водных образований. Поэтому никакой условной

границы в толщине пачек эоловых и водных образований провести

нельзя. Эоловые передовые слои часто бывают не выше водных

и составляют лишь часть высоты дюны, которой они принадле-

жат.

Передовые слои эоловых дюн, как часто утверждают, асимпто-

тически изгибаются в направлении подошв и имеют более крутой

наклон по сравнению с передовыми слоями водных осадков. Угол

30° часто приводится в качестве критического при распознавании

образований того и иного генезиса. Углы, превышающие это зна-

чение, особенно характерны для современных дюн. То же самое

предполагается в отношении древних дюн. Вместе с тем для триа-

совых дюнных песчаников Бангер в Англии Ф. Шоттон дает угол

наклона передовых слоев всего 24°, а в песчаниках Энтрада на

плато Колорадо в качестве наиболее часто встречающихся

У. Таннер приводит наклоны от 21 до 26°. Использовать данные об

углах наклонов передовых слоев в случае древних отложений сле-

дует с большой осторожностью, поскольку определить опорный

горизонтальный уровень времени их формирования удается с

большим трудом. Поверхности напластования первого порядка,

как правило, отражают древние эрозионные склоны дюнной по-

верхности, и они редко могли быть горизонтальными.

Дополнительную трудность при выделении эоловых песчани-

ков представляет собой определение направления их перемещения.

Современные дюны отличаются чрезвычайно разнообразной мор-

фологий. Поперечные дюны, передовые слои которых всегда нак-

лонены по направлению ветра, в количественном отношении, как

правило, уступают барханам (серповидным дюнам), копьевидным

(продольным) и звездчатым дюнам. Эти типы дюн имеют значи-

тельно более сложную геометрию и соответственно более разно-

образную ориентацию передовых слоев. Передовые слои барха-

нов изгибаются в виде арки под углом 180°, в то время как копье-

видные дюны демонстрируют биполярные наклоны передовых

слоев — перпендикулярно среднему направлению ветра (рис. 53).

Несмотря на все эти сложности, древние эоловые образования об-

наруживают в этом отношении определенный тренд, хотя, по-ви-

димому, и с очень большим разбросом данных. Д. Томпсон в ра-

боте 1968 г. приводит расчеты трехмерной геометрии песчаных

дюн триасового возраста в центральных районах Англии и выяв-

ляет значительное число одномодальных наклонов. Как сообща-

7 Ьск. 803

Ы4

РИС. 53. Диаграмма, показывающая соотношение между морфологией дюны и

ориентаций косой слоистости (с распределением последней по азимутам). На-

правление ветра — снизу вверх.

Барханы и копьевидные дюны обычно являются эфемерическими формами, сохраняющи-

мися весьма редко, фактически накопление эоловых осадков связано лишь с поперечными

дюнами.

а — поперечная дюна; б — бархан; в

—

копьевидная дюна

ет К. Гленни, аналогичные результаты были получены на основе

скважинного наклономерного каротажа для дюн пермского крас-

ного лежня Северного моря. Ряд региональных исследований был

предпринят с целью реконструкции палеоклиматов, в частности,

для выявления характера распределения в прошлом областей вы-

сокого атмосферного давления.

Трудность трассирования воздушных палеопотоков состоит в

том, что они не контролируются склоном, подобно многим, хотя

и не всем, водным потокам. Мы уже видели это в случае песчани-

ка Энтрада на плато Колорадо. Д. Дж. Ламинг, исследуя пустын-

ные образования пермотриаса в Юго-Западной Англии, показал,

что осадки попеременно то смывались во время паводков вниз по

аллювиальному конусу, то снова перевевались вверх по склону.

Таким образом, распознавание древних эоловых образований —

задача нелегкая. Связано это в основном с тем, что и вода, и ве-

тер транспортируют и отлагают песок в форме ряби и дюн. Для

распознавания конечных результатов этих процессов предлагались

многие структурные и текстурные критерии; некоторые из них,

если вообще их можно считать критериями, несложны. Выделение

древних эоловых образований должно базироваться на критиче-

ской оценке всех имеющихся данных. Только комплексный подход

дает возможность выработать критерии, которые могли бы помочь

оценить все «против» водного генезиса и все «за» в пользу эоло-

вого происхождения осадков. В конечном счете вопрос может быть

поставлен так: «Если это не эоловая фация, то что же это?»

экономические аспекты

Эоловые песчаники характеризуются потенциально высокой по-

ристостью и проницаемостью, поскольку слагающие их частицы

хорошо окатаны и отсортированы и, как правило, слабо сцементи-

рованы. По-видимому, высока и региональная проницаемость бла-

годаря отсутствию прослоев сланцев. За счет этих особенностей

эоловые песчаники могут стать водоносными горизонтами и ловуш-

ками углеводородов. В целом, однако, эоловые песчаники считают-

ся малоперспективными с точки зрения формирования залежей

углеводородов, поскольку они часто располагаются в пределах

континентальных бассейнов на удалении от морских сланцев, ко-

торые могли быть потенциальными нефтематеринскими породами.

Исключения из этого правила наблюдаются там, где эоловые

песчаники за счет несогласий или тектонических движений кон-

тактируют с обогащенными органическими соединениями материн-

скими слоями. Некоторые из газовых месторождений Северного

моря приурочены к пермотриасовым дюнным песчаникам, кото-

рые залегают на верхнекарбоновых (пенсильванских) отложениях

[61]. Глубокое захоронение углей под более молодыми осадками

могли быть причиной выделения газа в процессе удаления лету-

чих компонентов.

В штатах Юта и Вайоминг (США) несколько месторождений

нефти также связаны с триасовыми и юрскими эоловыми песчани-

ками, описанными в данной главе. В предгорьях Скалистых гор

несколько эоловых формаций были надвинуты на меловые слан-

цы, обогащенные органикой.

Важно отличать эоловые отложения от водных, так как послед-

ние часто бывают минерализованы, а первые — немые. Именно та-

кая ситуация отмечается в распространении урановой минерализа-

ции в пределах плато Колорадо и в Медном поясе Замбии.

подповерхностная диагностика

эоловых образований

Таким образом, мы видим, что однозначная диагностика эоло-

вых образований по данным бурения — задача не легкая. Геомет-

рия эоловых формаций не отличается закономерностью, а литоло-

гия крайне изменчива. Классиче-

ский эоловый песчаник может

быть представлен розовым хоро-

шо сортированным и хорошо ока-

танным кварцитом, другие оса-

дочные накопления эолового ге-

незиса могут включать эвапори-

ты, биокластические и красные

лессовые алевролиты.

По-видимому, наибольшую ди-

агностическую значимость имеют

очень низкие значения АНИ при

гамма-каротаже с асимметрич-

ным пилообразным рисунком за-

писи. Ему соответствует «голу-

бой» мотив записи наклонов,

причем увеличение угла наклонов

слоев вверх по разрезу приходит-

ся на короткий интервал кривой"

гамма-каротажа, отвечающий

сланцам. Это соответствует суб-

горизонтальным конечным пере-

довым слоям дюны, где отлага-

ются глинистые частицы и слю-

да. Выше по разрезу отмечается

переход в чистый гамма-интер-

вал с однородным крутым паде-

нием передовых слоев (рис. 54).

Такие эоловые накопления обыч-

но являются палеонтологически

немыми.

Пермский красный лежень в

южной части Северного моря, по-

IOO

Гамма-ка-

ротам.АНИ

' 150

HaKnaHOMephbiV

кар от см,

градусы

20 50

Интер-

пре-

тация

— •—

- —

- j"

... -ч.

№

о.—

—

_=•

Т~

— .

РИС. 54. Типы записей гамма-каро-

тажа и глубинного наклономерного

каротажа для скважины, пройден-

ной в эоловых (дюнных) отложе-

ниях:

1 — передовые слои; 2

—

продвинутая

часть передовых слоев