Селли Р.Ч. Древние обстановки осадконакопления

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица I

Соотношение между обстановками осадконакопления и фациями

Таблица 2

Классификация обстановок осадконакопления

Континентальные

обстановки

Переходные (береговые линии)

обстановки

Морские обстановки

Речные:

Дельты:

Рифы

ветвящиеся русла

лопастные Шельф

меандрирующие реки

линейные

Подводные каньоны

Озерные

Терригенные

Пелагическая зона •

Эоловые

Смешанные карбонатно-тер-

ригенные

Карбонатные

Примечание. Как и вообще все классификации, она имеет ряд недостатков и про-

тиворечий, которые обусловлены сложностью самих обстановок. Следует отметить, в част-

ности, что эоловые отложения могут образоваться на гребнях барьерных островов; дельты

формируются в морях и озерах; рифы встречаются как в пресной, так и в соленой воде..

го осуществлять на описательной основе; называть их согласно-

тем или другим обстановкам было бы неблагоразумно. Следова-

тельно, правильнее говорить о фации галечных русловых песков,

флишевых фациях и т. д., а не о аллювиальных или турбидитовых

фациях.

Предпринималось много попыток классифицировать современ-

ные обстановки осадконакопления и древние осадочные фации

[16, 62, 64, 83, 101].

Классификация обстановок осадконакопления в данной книге

носит оригинальный характер, хотя в значительной мере опирает-

ся на все предшествующие классификации (табл. 2). Предлагае-

мая классификация не рассматривается как окончательная, она

служит основой для обсуждения конкретных примеров, анализи-

руемых в книге.

Современные обстановки осадконакопления обычно можно под-

разделить на субобстановки. Например, линейная береговая линия

часто включает комплекс барьерных островов, лагун и приливно-

отливных отмелей, расположенных между главными аллювиаль-

ной и шельфовой обстановками. Подобным же образом могут быть

подразделены на субфации древние осадочные фации, которые ча-

сто соотносят с теми или иными субобстановками.

СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ФАЦИЯМИ,

СЕРИЯМИ И СТРАТИГРАФИЕЙ

Обстановки осадконакопления на земном шаре соседствуют

друг с другом, причем их взаимное расположение вполне законо-

мерно и предсказуемо. Например, аллювиальная пойма может со-

единяться с приливно-отливной отмелью, которая, в свою очередь,

может постепенно переходить через лагуну к барьерному острову

и далее к открытому морю. Поскольку уровень моря непостоянен,

береговая линия по отношению к континентальной обстановке то

наступает, то отступает. В результате отлагаются серии согласных

фаций с постепенными вертикальными переходами. Это важное

соотношение между фациями и обстановками впервые было отме-

чено Иоганном Вальтером [105]; в настоящее время оно известно

как закон Вальтера. Кратко он может быть сформулирован так:

«Согласная вертикальная последовательность фаций порождается

горизонтальной последовательностью обстановок» [54].

Позднее эта концепция развивалась в работах Д. А. Буша [9],

который ввел понятия генетического инкремента и генетической

серии. Генетический инкремент — это «масса осадочных пород, в

которой фации или субфации генетически связаны друг с другом».

Таким образом, типичный генетический инкремент может вклю-

чать отдельную последовательность продвигающейся дельты с ее

составными частями: продельтой, дельтовым склоном и отложе-

ниями фронта дельты. Генетическая серия — это согласная серия

одного и того же генетического типа (рис. 1, 2).

Эти определения — не что иное, как формальный способ утвер-

ждения, что осадконакопление часто бывает цикличным. Перефра-

зируя Дж. Оруэлла, можно сказать, что «. . .всякое осадконакоп-

ление циклично, но одно из них более циклично, чем другое».

Описанию и анализу циклической седиментации посвящена обшир-

ная литература, рассмотренная в работе [22].

Из-за сложного взаимодействия процессов, контролирующих

отложение осадочных серий, циклический характер осадков, даже

если он существует, далеко не всегда «бросается в глаза». Вместо

того, чтобы различать четыре субфации, расположенные в порядке

ABCD, ABCD и т. д., принято выделять нечто, напоминающее та-

кую композицию ABCABDCDAB и т. д. Отсюда можно сделать

вывод, что «идеальный» цикл—ABCD, однако этот вывод в своей

основе глубоко субъективен.

РИС. 1. Условные обозначения, применяемые в книге при построении детальных

разрезов

РИС. 2. Геофантасмограмма, иллюстрирующая соотношение обстановок осадко-

накопления и фаций в соответствии с законом Вальтера и развитие генетических

серий:

Фация углистых песков (дельтовые условия): 1 — неморская угленосная субфация (субоб-

становка: болота), 2 — субфация углистых песков (субобстановка: фронт дельты), 3 — суб-

фация морских сланцев (субобстановка: дальняя прибрежная зона)

В последние годы визуальный анализ цикличности заменили

статистические методы, которые ввиду их несложности могут быть

легко поняты и использованы полевыми геологами [78]. Более

сложная методика предполагает применение компьютера. Кроме

того, она имеет тот недостаток, что требует ряда допущений в от-

ношении геологических данных. Появление компьютеров дает воз-

можность использовать для изучения цикличности осадкообразо-

вания все виды статистических данных как по реальным разрезам,

так и по последовательностям, построенным искусственно путем

компьютерного моделирования [52, 75].

Сразу после выявления циклического характера какой-либо

осадочной последовательности встает задача ее интерпретации.

Циклогенерирующие процессы подразделяют на две группы:

1) аутоциклические механизмы — возникают в осадочной приз-

ме и включают процессы миграции русел, раздвоения русел и ми-

грацию баров;

2) аллоциклические механизмы — появляются в результате из-

менений, внешних по отношению к седиментарному телу (подня-

тия, опускания, изменения климата или эвстатические изменения

уровня моря).

Один из наиболее интересных результатов изучения современ-

ных осадков — выяснение латеральной миграции субобстановок от-

носительно друг друга в пределах области осадконакопления, при-

водящей к формированию закономерной последовательности суб-

фаций. Так возникло более глубокое понимание роли аутоцикли-

ческих механизмов в накоплении древних циклических толщ. До

этого большее значение придавали аллоциклическим процессам.

Распознать аутоциклические механизмы в накоплении осадоч-

ной фации — значит найти способ идентификации соответствующей

РИС. 3. Вертикальные гранулометрические разрезы, отвечающие некоторым об-

становкам осадконакопления:

а — регрессивный барьерный бар; б —эоловые дюны; в

—

продвигающийся подводный ко-

нус и подводный каньон; г — продвигающаяся дельта и рукав многоруслового потока;

д — пески меандрирующего русла; е — турбидиты; мощность различных генетических ин-

крементов показана приблизительно

обстановки осадконакопления. На рис. 3 приведена идеализиро-

ванная схема различных последовательностей аутодиклического

происхождения, которые могут присутствовать в тех или иных фа-

циях. Интересно отметить, что они могут быть выявлены исключи-

тельно на основе вертикальных вариаций в размере зерен без опре-

деления каких-либо иных параметров фаций. Такой подход может

быть особенно результативен, как будет нами еще показано, при

субповерхностных исследованиях.

МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ

ОБСТАНОВОК ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ

Существует много различных методов, которые можно исполь-

зовать для диагностики обстановки накопления осадочных пород.

Эти методы различаются весьма сильно и зависят от того, бази-

руются ли они на информации, полученной при наземных исследо-

ваниях, или на данных бурения и геофизических работ. При напи-

сании этой книги существовала следующая альтернатива: описать

и проанализировать методы, с помощью которых можно устано-

вить обстановки осадконакопления, или же показать применение

этих методов при решении реальных специфических задач. Хотя

последний подход более интересен, вначале будет сделан анализ

разных методов, а потом будут показаны возможности их исполь-

зования.

Как правило, диагностика условий осадконакопления должна

базироваться на критической оценке всех имеющихся систем до-

казательств. Однако далеко не все необходимые данные действи-

тельно доступны исследователю. Это особенно справедливо в от-

ношении субповерхностных исследований, когда главным источ-

ником получения необходимого материала служат сейсмические

разрезы и результаты каротажа при минимальном использовании

керновых образцов пород и шлама. В этих случаях не остается

ничего иного, как использовать те факты, которые могут быть

установлены на этой основе. В других ситуациях, например при

изучении обнажений (хотя там может быть обилие фактов), для

решающих определений искомой обстановки могут быть использо-

ваны лишь один — два фактора. В разных случаях большую зна-

чимость приобретают различные группы доказательств. Так, в ос-

нову распознавания рифа можно положить лишь литологические

и палеонтологические данные. Дельта может быть идентифициро-

вана -по ее геометрии и изменению размерности зерен и осадочных

текстур в вертикальном разрезе. Все это станет более понятным

при дальнейшем изложении.

Методы анализа условий осадконакопления удобнее всего рас-

сматривать по пяти определяющим характеристикам фации: гео-

метрии, литологии, осадочным текстурам, характеру палеотечений

и ископаемым. Затем будут проанализированы методы каротажа

(разные его типы) применительно к интерпретации обстановки на-

копления погребенных осадков.

Геометрия (форма осадочных тел)

Общая форма осадочных тел (фаций) —функция предшествую-

щих осадконакоплению топографии и геоморфологии среды осад-

конакопления и постседиментационной истории. Например, геоме-

трия покровных песков, перекрывающих прежние поверхности

суши, в значительной мере определяется геоморфологической ста-

дией и процессами, которые происходили на данной территории в

предшествующие эпохи. Причем этот признак лишь в незначитель-

ной степени может указывать на происхождение перекрывающих

песков. Подобно этому постседиментационная эрозия и тектони-

ческие деформации изменяют геометрию фации и препятствуют ис-

пользованию ее общей формы в качестве диагностического призна-

ка. Только при сохранении синседиментационной формы геометрия

фации может выступать в качестве ценного диагностического кри-

терия. Рис. 4 иллюстрирует некоторые важные формы фаций, ко-

торые можно распознать. При этом следует отметить, что одна и

та же геометрия может отвечать различным условиям накопления

фаций. Ложбины могут быть русловыми, дельтовыми, приливно-от-

ливными или же подводными морскими каньонами. Конусы бы-

вают аллювиальными, дельтовыми или подводными морскими.

Сама по себе форма покрова очевидно не показательна с точки

зрения диагностики обстановки накопления осадков, однако при

детальных исследованиях можно установить, что покров состоит

из серии сливающихся русел, шнурковых залежей или других не-

больших тел.

Геометрия осадочной фации сравнительно легко поддается

определению в случае ее выхода на земную поверхность и хоро-

шей обнаженности. Для погребенных фаций применение данного

признака невозможно. В этом случае традиционный подход преду-

сматривал картирование геометрии фации на основе результатов

бурения. Для обеспечения оптимального размещения каждого по-

следующего пункта бурения обстановка накопления осадков интер-

претировалась по каждой скважине. Однако в настоящее время

сейсмические исследования позволяют установить форму фации

задолго до бурения скважины. Сейсмические методы рассматри-

вают во многих учебниках [5, 42, 12 и др.]. Сейчас развивается

совершенно новый метод сейсмической интерпретации, широко из-

вестный как сейсмическая стратиграфия [48, 85]. При интерпрета-

ции сейсмических данных используют принятые стратиграфические

и фациальные концепции (подробнее см. 59, 99].

При анализе сейсмических профилей часто обнаруживается, что

их можно разделить на ряд элементов. Геометрия последних уста-

навливается на основе данных полной сейсмической съемки. Та-

ким образом выявляют русла, конусы выноса, фации продвижения

береговой линии в сторону моря (prograde) и многие другие фор-

мы. Как уже отмечалось, форма этих сейсмических элементов мо-

жет служить диагностическим признаком при определении усло-

вий осадконакопления. Важным при восстановлении геологической

2 Зак. 803 17

РИС. 4. Схематическое изображение различных форм фаций, соответствующих

тем или иным древним обстановкам осадконакопления:

а — сходящиеся ветвящиеся русла; б

—

расходящиеся ветвящиеся русла; в

—

шнурковые

осадочные тела; г — прибрежный склон (bank); д — подводный конус; е — продвигающийся

склон (формы продвижения береговой линии); ж — осадочные покровы (sheet, blanket)

истории района может оказаться и характер границ сейсмических

элементов. Установлены [99] различные типы таких границ. Они

могут быть согласными или несогласными. Первые встречаются

реже, так как при наличии отражающих слоев их границы карти-

руются с трудом, если только не существует значительных разли-

чий во внутренних сейсмических свойствах соседних элементов.

Несогласные границы бывают нескольких типов. Верхняя гра-

ница может представлять собой регрессивное прилегание («offlap»

или, как его иногда называют, «toplap»). На основе одних лишь

сейсмических результатов установить, обусловлена граница эро-

зионным срезанием или же она отражает регрессивный инкремент,

отложенный при сохранении постоянного уровня моря, нельзя.

Нижняя несогласная граница может представлять собой транс-

грессивное прилегание («onlap») или регрессивное налегание

(«downlap»). Как правило, трансгрессивное прилегание бывает вы-

РИС. 5. Схема, поясняющая термины, принятые в сейсмостратиграфии для раз-

личных типов .границ:

А — регрессивное налегание; Б — регрессивное прилегание; В — трансгрессивное прилега-

ние; 1 — сейсмическая граница серии; 2— отражающий горизонт внутри толщи; 3— толща,

образовавшаяся при продвижении береговой линии в сторону моря

звано морской трансгрессией или последовательным заполнением

континентального бассейна. Регрессивное налегание обычно обус-

ловлено продвижением в сторону моря береговой линии — как в

целом, так и отдельных конусов. На рис. 5 представлены различ-

ные типы границ сейсмических элементов.

Внутреннее строение сейсмического элемента может быть столь

же информативным, как и его границы. В этом смысле особенно

важны амплитуда и выдержанность отражающих горизонтов —

рефлекторов [5]. Высокоамплитудные отражающие горизонты с

хорошей латеральной выдержанностью обычно отвечают переслаи-

вающимся морским известнякам и сланцам. Высокоамплитудные

рефлекторы с плохой выдержанностью характеризуют континен-

тальные толщи переслаивающихся русловых песчаников и сланцев.

Низкоамплитудные отражающие горизонты с хорошей выдержан-

ностью предполагают наличие сланцев. Неровные рефлекторы мо-

гут быть обязаны рельефу, создаваемому песчаными телами мор-

ского мелководья и береговой зоны. Невыдержанные, хаотически

наклоненные отражающие слои короткого протяжения, вероятно,

указывают на оползневые поверхности, особенно если они наблю-

даются в основании форм наступания береговой линии.

Литология

Литология осадочной фации — одна из наиболее легко поддаю-

щихся наблюдению характеристик, имеющих особо важное значе-

ние для выяснения условий ее накопления. Как правило, с диагно-

стической точки зрения литология оказывается более показатель-

ной для известняков, чем для песчаников. Это объясняется тем,

что для современных карбонатов выявлен ряд микрофаций, рас-

пространение которых тесно связано с обстановками их накопле-

ния. Кроме того, они не испытывали длительной транспортировки.

Поэтому многие известняки могут быть соотнесены с теми или

другими условиями их накопления путем изучения небольших

2* 19

фрагментов породы или шлифов, а также тщательного сопостав-

ления с современными осадками (см. гл. VIII и IX).

Однако литология обломочных осадков — функция не только

обстановки осадконакопления. Она тесно связана с историей пере-

носа обломков и типом материнской породы. Таким образом, пе-

трографический состав для песчаников — значительно менее цен-

ный индикатор осадконакопления, чем для карбонатов. Вместе

с тем, песчаники по сравнению с карбонатами менее подвержены

диагенезу, поэтому их структура различается более легко.

Попытки использовать данные о структуре осадка для опреде-

ления условий накопления предпринимались неоднократно. Этой

теме посвящена обширная литература, на которую трудно не об-

ратить внимания при просмотре изданий, посвященных осадочным

породам. В ряде работ [56, 69, 80 и др.] приводятся обзоры по

этим проблемам. Основной смысл применения материалов о струк-

туре осадка состоит в том, что различить осадки современных об-

становок можно путем тщательных статистических оценок их

структуры. Многие современные исследования, например [69

и др.], продемонстрировали достаточную простоту такого метода.

Казалось бы, аналогичным образом можно определять обста-

новку накопления древних осадочных пород путем их грануломе-

трического анализа с помощью разного рода статистических вы-

кладок и сравнения полученных результатов с данными по совре-

менным осадкам известного происхождения. К сожалению, такой

подход обычно не дает удовлетворительных результатов, и грану-

лометрический анализ древних осадочных образований — это сво-

его рода отживающее, к удовольствию лаборантов, искусство. Не-

состоятельность данного метода обусловлена рядом причин.

Первая, как уже упоминалось, объясняется тем, что структура

осадков — это функция не только обстановки их накопления, но и

предшествующей геологической истории. Если взять экстремаль-

ный случаи, когда единственным осадком является чистый, хоро-

шо сортированный тонкий песок, принесенный в данную конкрет-

ную обстановку, то ничего иного, кроме этого песка, здесь и не

могло отложиться. Вторая трудность, возникающая при использо-

вании структуры осадка в целях определения условий его накоп-

ления, связана с происхождением. тонкого детрита. Исследования

современных осадков показывают, что глнистая фракция — весь-

ма чувствительный. индикатор процессов осадконакопления. Для

древних осадочных пород практически невозможно доказать, что

глинистый матрикс накапливался одновременно с остальным де-

тритом. Не исключена возможность, что он был привнесен позд-

нее с более грубыми частицами или образовался за счет диагене-

тического распада химически нестабильных частиц [17]. Третья

трудность гранулометрического анализа осадочных пород носит

чисто технический характер. Постседиментарное растворение и на-

растание вторичных оболочек может значительно изменять разме-

ры песчаных зерен и модифицировать всю структуру породы. Ин-

тенсивная цементация препятствует дроблению породы до ее пер-

2.0