Селли Р.Ч. Древние обстановки осадконакопления

Подождите немного. Документ загружается.

РИС. 110. Пористый известняк, состоящий из пеллет известковистого ила с рых-

лым илистым матриксом — палеоценовая карбонатная микрофация (бассейн

Сурт, Ливия).

Неуплотненное состояние пеллет предполагает ранний диагенез, вероятно, в связи с почти

одновременно с отложением субаэральной экспозиции (за счет приливов-отливов); внут-

ренний шельф, обстановка с низким энергетическим уровнем. Ширина поля зрения 7 мм

tidal), Сублиторальная зона может занимать столь обширный

район, что заслуживает того, чтобы ее просто именовали «внут-

ренним шельфом», или же может быть столь узкой, что правиль-

нее ее было бы назвать лагуной. Перечисленные закрытые мелкие

обстановки допускают значительное по масштабам биогенное

карбонатообразование, но принос нутриентов меньший, чем это

наблюдается вдоль береговых баров, соответствует и меньшей

скорости формирования. В результате образующиеся осадки обыч-

но представляют собой скелетные ваккиты, фауна, как правило,

имеет хорошую сохранность и иногда находится в положении

роста. Если в фауне внешнего шельфа доминируют мелкие пела-

гические фораминиферы, то для внутреннего шельфа характерно

развитие более крупных бентосных форм. Осадки внутреннего

шельфа содержат также большое количество фекальных пеллет

(рис. 110). Ранний диагенез и постседиментационная эрозия пес-

ков с фекальными пеллетами приводят к образованию сложных

гроздьевидных частиц (так называемого «виноградного камня»).

Карбонатные осадки литоральной зоны во многом схожи с рас-

смотренными выше сублиторальными отложениями. Но в них мо-

гут встречаться водорослевые строматолиты (от слегка волнистых

скорлуп до более закономерно построенных колоний коллений),

Субаэральная экспозиция вместе с перемежающимся затоплением

пресными водами обусловливают такие особенности этих отложе-

ний, которые отсутствуют у их сублиторальных аналогов. К ним от-

носятся трещины высыхания, а также отдельные корненосные гори-

зонты, обязанные своим существованием растительности маршей.

Наиболее характерный признак карбонатных отложений литораль-

ной зоны — наличие неправильной формы поровых систем, парал-

лельных напластованию. Неоднократно описанные, они получили

191.

наименование «фенеетрильной пористости» (или пористости высы-

хания), текстуры «птичьего глаза» или лоферита. Этот феномен

связывают с самыми различными процессами: изгибание осадоч-

ных слойков во время выхода на поверхность, деформация, воз-

никающая при выделении биогенного метана и выщелачивании

органического водорослевого клея. Ранняя литификация и сразу

же следующая за этим эрозия часто приводят к формированию

интракласт, причем последние могут быть столь обильными, что

образуют интраформационные конгломераты в приливно-отливных

ложбинах или могут входить в состав осадков более мористых

частей внутреннего шельфа. Обстановка накопления приливно-

отливной зоны (литорали) по направлению к суше переходит в

надлиторальную (см. рис. 102). Осадки этой зоны в основном ана-

логичны отложениям внутреннего шельфа, но им присущи черты,

свидетельствующие более выразительно о субаэральной экспози-

ции, включая палеокарстовые поверхности. Аналогичным образом

они несут и более явственные признаки раннего диагенеза. В

аридном климате могут преобладать условия, характерные для

засоленных маршей (себх), — с постседиментационной доломити-

зацией и развитием эвапоритовой минерализации. В областях ста-

бильной шельфовой седиментации часто встречаются генетиче-

ские инкременты, охватывающие отложения от внешнего шельфа

до литоральной зоны включительно. В тектонически активных

районах с хорошо выраженными границами шельфа пояса фаций

выделяются более отчетливо и могут быть закартированы.

Терригенные отложения шельфа. Общее представление об

обстановках осадконакопления с низким или высоким энергети-

ческим уровнем может быть распространено и за пределы царства

карбонатов — на терригенные отложения.

Нижнепалеозойские породы щитов Сахара и Аравийского де-

монстрируют широкое развитие трех осадочных фаций (их под-

робное описание дано Ф. Бендером для Иордании, А. Хелалем

для Саудовской Аравии, Е. Клитшем для Ливии и Чада, А. Бен-

насефом с соавторами для Алжирской Сахары).

1. Граптолитсодержащие сланцы и тонкозернистые песчаники.

Максимума своего развития они достигают в бассейнах, напри-

мер, таких как Мурзук и Куффа в Ливии и Табук в Саудовской

Аравии. Обычно эта фация имеет ордовикско-силурипский возраст.

2. Пески от средне- до тонкозернистых, хорошо сортированные,

развиты на обширных площадях. Содержат тонкие прослои слан-

цев с Cruziana (ископаемые следы движения трилобитов) и следы

жизнедеятельности Tigillites (-Scotithos-Sabellarifex). Эта фация

представлена породами формации Ум-Сахм в Иордании и

песчаниками Хаоуаз в Южной Ливии (ордовик).

3. Крупнозернистые галечные косослоистые пески, имеющие ши-

рокое латеральное распространение, обычно лишенные ископае-

мых, к ним относятся песчаники Сак в Саудовской Аравии, поро-

ды формации Салеб, Ишрин и Дизи в Иордании и песчаник

Хассаоуна в южной Ливии (кембро-ордовик).

1Г, 2

Седиментологические исследования и анализ следов жизне-

деятельности ископаемых организмов в вышеописанных толщах

Южной пустыни Иордании показали, что эти три фации представ-

ляют собой (снизу вверх): аллювий ветвящихся рек, отложения

морского шельфа и дельтовые осадки, как показано в работах

автора 1970 и 1972 гг. Описание предполагаемой морской шель-

фовой фации на примере формации Ум-Сахм Иордании будет при-

ведено ниже (рис. 111).

При мощности около 250 м эта формация широко обнажается

в Южной пустыне Иордании и может быть прослежена к востоку

в Саудовскую Аравию. Ее юго-западная граница имеет эрозион-

ный характер, на северо-востоке она перекрывается граптолито-

выми сланцами и песками. Формация Ум-Сахм включает тонко-

и среднезернистые хорошо сортированные протокварциты, имею-

щие в свежем изломе грязно-белый цвет, а в выветрелом

состоянии — темно-коричневый (рис. 112).

Пески массивные или плоскослоистые, мощность прослоев

5—15 см. Отдельные слои объединены в серии, последние имеют

значительную латеральную выдержанность (рис. 113). В отличие

от нижележащей фации аллювия ветвящихся рек эти пески не

бывают приурочены к руслам. Ориентация передовых слоев сви-

детельствует об отложении течениями, направленными на северо-

восток, в сторону от Аравийского щита. На нескольких уровнях

отмечаются слои серого пластинчатого алевролита и очень тонких

мнкрокосослоистых песков мощностью около 1 м. Эта толща рас-

пространена в виде покровов и может быть трассирована на тыся-

чи километров вдоль палеосклона и перпендикулярно ему.

Ископаемые следы жизнедеятельности беспозвоночных вклю-

чают Cruziana (которые считают следами передвижения трило-

битов), вертикальные трубчатые образования, именуемые Sabil-

larifex (-Scolithos-Tigillites), субгоризонтальные ископаемые сле-

ды типа Harlania (-Arlhrophycus).

Косая слоистость и покровная геометрия песчаников Ум-

Сахм доказывают, что их накопление связано с мегарябью, воз-

никающей под действием однонаправленных донных течений

открытого моря (т. е. не ограничено только каналами приливно-

отливного стока). Сланцы и песчаники со знаками ряби свидетель-

ствуют о перемежающихся низкоэнергетических условиях. Если

Cruziana являются ископаемыми следами перемещения трилоби-

тов, то, вероятно, необходимо признать, что накопление этих осад-

ков происходило в морских условиях. Но более вероятным

кажется, что образование песчаных отложений Ум-Сахм связано

с мигрирующими отмелями на открытом морском шельфе, т. е.

что они представляют классический пример обстановки зоны «У»

Ирвина. Однако сланцевые прослои могли образоваться или в

находящейся ниже зоны волнового воздействия морской зоне «X»

с ее низким энергетическим уровнем, или в мелководной, тоже

низкоэнергетической обстановке, приуроченной к обращенной в

сторону берега стороне песчаных отмелей зоны «Z». Ключ к ре-

1 3 зак. 803 193

г»

<<<<

Вертикаль^

ные ходы

Harlania и

Sabellarifex,

(следы

движения

трилобитов-

Cruziana)

Рас-эн-Н акб; 30-

Ум-Сахм •': :

.^29-

РИС. 111. Сводный разрез и карта обнажений пород формации Ум-Сахм, Иор-

дания.

Основная часть напластования представлена косослоистыми мелководными песками

(зона «У»); подчиненное положение занимают биотурбированные измельчающиеся вверх

по разрезу сланцы приливно-отливной отмели (зона «2»), как показано на врезке

слева. 1 — участок, где породы формации Ум-Сахм обнажаются на поверхности; 2 — пока-

зано погребенное обнажение, отвечающее площади развития толщи; 3

—

ориентация 109 ко-

сых слоев; А — группа Хрейм (дельтовая); Б — формация Ум-Сахм (морской шельф); В —

формация Дизи (аллювий ветвящихся русел)

шению этой дилеммы дают

следы движения и отпечат-

ки ископаемых организмов.

Исследования следов жиз-

недеятельности современных

и древних организмов пока-

зывают, что они могут быть

подразделены на несколько

специфичных, характерных

для той или иной обстанов-

ки, ассоциаций [19]. Ассо-

циация, характерная для

сланцев формации Ум-

Сахм,— это классический

пример серии CruzianajSco-

lithos, типичных для при-

брежной части приливно-от-

ливной зоны. Поэтому тон-

козернистая субфация Ум-

Сахм должна быть скорее

соотнесена с обстановкой,

отвечающей зоне «Z» (обра-

щенная к берегу сторона

песчаных отмелей), чем с

более глубоководной обста-

новкой с низким энергетиче-

ским уровнем, приуроченной

к зоне открытого моря «X».

Таким образом, формация Ум-Сахм Иордании относится к

осадкам морского шельфа. Приведенный выше материал показы-

вает, как концепция трехзонального шельфа может быть исполь-

зована и в случае некарбонатных фаций.

В заключение нашего рассмотрения морских шельфовых от-

ложений отметим следующее.

1. Важно отличать тектонические шельфы и тектонические

бассейны от седиментарных шельфов и бассейнов. Это отнюдв не

синонимы.

2. Тектонический шельф — это стабильная часть земной коры,

которая является ареной действия как эрозии, так и накопления

осадков. Седиментация может происходить в самых различных

обстановках — от континентальных условий через прибрежные до

условий открытого моря.

3. Шельфовая обстановка осадконакопления может быть при-

урочена к подводному тектоническому шельфу.

4. Тектонический бассейн — это значительная, в основном в

виде синклинали, часть земной коры (хотя на самом деле текто-

нический бассейн может иметь и выпуклую форму за счет кривиз-

ны земной поверхности).

РИС. 112. Обнажение пород формации

Ум-Сахм в Южной пустыне, Иордания.

Тянущийся горизонтально карниз образовался

за счет слабого выветривания слоев сланца со

следами жизнедеятельности ископаемых орга-

низмов

13* 195

РИС. 113. Плоскокосослоистая пачка в породах формации Ум-Сахм, Иордания

5. Если скорость опускания выше скорости седиментации, то

бассейн могут заполнять глубоководные осадки (примером тому

служит пермский бассейн Делавэр в западном Техасе, см. с. 225).

6. Медленное погружение тектонического бассейна может при-

вести к его заполнению осадками мелководного морского шель-

'фа, береговых линий или обычными бассейновыми.

7. Обстановка открытого морского шельфа является лишь

частным случаем, т. е. одной нз тех обстановок, что могут разви-

ваться на тектоническом шельфе. Она может оказаться преобла-

дающей в условиях полого прогибающегося тектонического бас-

сейна.

В отложениях морского шельфа выделяют три главных типа.

Ниже базы волнового воздействия в низкоэнергетическнх услови-

ях формируются кальцилютиты и сланцы. Там, где основание

волны совмещается с полого наклоненным морским дном, в вы-

соко энергетических условиях формируются отмытые (карбонат-

ные или кластические) пески, образуются подводные банки и барь-

ерные бары.

В верхней части склона к лагунам и приливно-отливным отме-

лям приурочена вторая обстановка с низким энергетическим уров-

нем. Здесь может происходить накопление глинистых осадков,

или, при отсутствии поступления материала с суши, образование

пеллетовых известняков, доломитов и эвапоритов.

Предлагаемая концепция выделения трех главных типов

обстановок морского шельфа в равной мере справедлива как для

районов слабого погружения, как, например, Уиллистонский бас-

сейн, так и для более сложных в тектоническом отношении облас-

тей, например, для бассейна Сурт (Сирт). Это касается как обста-

новок накопления карбонатов, рассмотренных выше, так и обста-

196

новок накопления терригенных шельфовых осадков, как в случае

формации Ум-Сахм в Иордании.

В областях, аналогичных бассейну Уиллистон, эвапориты вне

всякого сомнения являются отложениями мелководья (? диагене-

тическими, надприливными), мигрировавшими со временем к.

центру бассейна.

Эвапориты встречаются в центральных частях многих карбо-

натных осадочных бассейнов, таких как Мичиганский бассейн си-

лурийского возраста и бассейны пермского возраста западного-

Техаса и Северного моря. Их положение в таких депоцентрах

заставляет связывать генезис этих эвапоритов с дном глубоких

замкнутых морских бассейнов, как это делали X. Бочерт а

Р. Мьюир. Интересно, однако, проверить, не являются ли некото-

рые из них на самом деле мелководными отложениями зоны «Z»

шельфа, как это считают некоторые исследователи, например=

Д. Шерманн, Дж. Фулер, Д. Киркленд и Р. Эванс.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Шельфовые отложения имеют большое экономическое значе-

ние. Многие известные на Земле месторождения нефти приуроче-

ны к карбонатным шельфам; к ним относятся нефтяные месторож-

дения Ирака, Ирана, Ливии и бассейна Уиллистон (см. работы

X. Даннингтона, Н. Фолкена, Б. Колли и Ч. Карлсона и С. Андер-

сена соответственно, а также сб. материалов VI Международного

конгресса по геологии нефти и «Обстановки нефтенакопления»

под редакцией Л. Уикса).

Согласно всем этим исследованиям нефть накапливается глав-

ным образом в отмелевых карбонатах зоны «У» и связанных с

ней рифах (см. с. 225). Последние часто сохраняют свою первич-

ную пористость (некоторые нефтяные месторождения Ливии при-

урочены к абсолютно неконсолидированным карбонатным пескам),

или же они могут быть цементированы, но за счет доломитизации

и выщелачивания в них может сформироваться вторичная порис-

тость.

Фация прибрежной зоны «Z» с ее низким энергетическим уров-

нем обычно менее благоприятна для формирования нефтяных

залежей. В микрокристаллических доломитах и пеллетовых из-

вестняках иногда наблюдается пористость. Важным с точки зре-

ния повышения потенциальных коллекторских свойств пород этой

фации представляется трещинообразование. Кепроки нефтяных

пластов, связанные с шельфовыми карбонатами, обычно бывают

представлены эвапоригами себхи, хотя эту же роль может играть

и микритовый мел.

Микриты зоны «X» редко оказываются перспективными с этой

точки зрения. Они могут быть пористыми, как мел, например. Од-

нако обычно, если только не отмечается сильной раздробленности,

проницаемость здесь отсутствует. Происхождение месторождения

196.

Экофиск и сопряженных месторождений Северного моря связы-

вают именно с такими залежами (см. [61] и работы П. Шолла

и др.).

Большое значение при этом приобретает регионально выдер-

жанная стратиграфия, поскольку это обеспечивает формирование

значительных нефтяных залежей. Например, мелководные извест-

няки Араб-Д позднеюрского возраста в Саудовской Аравии явля-

ются вмещающими породами месторождения Гхавар протяженно-

стью более 30 км. Пологие, но регионально выдержанные наклоны

осадков карбонатного шельфа благоприятствуют аккумуляции уг-

леводородов с огромных площадей.

Все изложенное доказывает, что карбонатные шельфовые от-

ложения представляют определенный интерес с точки зрения по-

исков нефти и газа. Концепция деления шельфа на три зоны

(X, Y и Z) оказывается полезной и помогает осуществлять про-

гноз оптимальных с точки зрения скопления нефти и газа характе-

ристик в таких породах. Дж. Уилсон и А. Риикманн и Г. Фридман

[70, 110] дают примеры более подробного фациального анализа

в поисково-разведочных работах на нефть в карбонатных толщах.

Карбонатные шельфовые отложения представляют экономиче-

ский интерес и другого рода, поскольку в них могут содержаться

эвапориты и фосфаты. Происхождение фосфатов — это сложная

и противоречивая проблема, и параметры, которые контролируют

обстановку их накопления, не вполне ясны (см. работу Р. Бромли

в [19]). Ценные фосфатсодержащие отложения встречаются в

верхнемеловых шельфовых карбонатах Ближнего Востока. Они

приурочены к поясу, тянущемуся от Сирии (формация Сухне) че-

рез Вади-Сирхан в Саудовской Аравии в Иорданию, Палестину,

Египет и Марокко. Хотя фациальные взаимоотношения ясно сви-

детельствуют об их морском происхождении, конкретные обста-

новки, в которых происходило накопление этих фосфатов, были,

по-видимому, различны. Так, в Египте, согласно данным Р. Сайда,

они соотносятся с обстановкой регрессирующей береговой линии,

в то время, как М. Юссеф считает, что они накапливались в син-

седиментационных бассейнах (в наиболее глубоких частях морско-

го ложа). С другой стороны, в Иордании, согласно Ф. Бендеру,

фосфатная фация приурочена к палеоподнятиям. Проблема эта

представляет значительный интерес и подробно рассмотрена в ра-

ботах А. Нотольта и Г. Батурина.

подповерхностная диагностика

шельфовых отложений

Методы распознавания шельфовых отложений широко разли-

чаются в зависимости от того, идет ли речь о карбонатных или

терригенных осадках, как это показал П. Геккель.

Как уже указывалось в гл. I, обстановки накопления карбона-

тов диагностируются главным образом на основе петрографии; тер-

198

ригенные отложения выявляются в основном по последовательно-

стям осадочных текстур и размерности частиц.

Таким образом, подповерхностная диагностика карбонатных по-

род в значительной степени основывается на данных, полученных

при исследованиях под микроскопом бурового шлама, дополняе-

мых изучением керна, когда таковой имеется.

В пределах зон «X», «У» и «Z» конкретные литологические еди-

ницы могут быть выделены по их текстуре и типу зерен, как это

показано на рис. 99 и 100. Состав и текстура карбонатов меняются

в направлении от центра бассейна к его окраине в такой последо-

вательности: микрит, ваккит, пэккит, зернистый известняк (или

баундстоун в случае рифовых береговых линий), пэккит, микрит.

Соответственно варьирует и тип частиц — от известкового ила (с

пелагическими ископаемыми), скелетных зерен бентосных фосси-

лий и /или оолитов до пелоидальных частиц в зоне «2», в лагунах

и на приливно-отливных отмелях. Конечно, такое изложение гре-

шит значительным упрощением, и очевидно, что диагностику об-

становки осадконакопления карбонатных пород невозможно осуще-

ствить без практического изучения современных карбонатных

осадков и микропетрографических исследований соответствующих

древних отложений.

Напротив, распознавание терригенных шельфовых отложений

сталкивается с целым рядом проблем. Во многих случаях эти от-

ложения неотличимы от песков береговых баров, особенно там,

где морские пески лежат поверх несогласия и сами перекрываются

трансгрессивными морскими сланцами.

Изучение современных шельфовых морей с сильными прилив-

но-отливными течениями, например таких, как Северное море или

моря Юго-Восточной Азии, привлекли внимание к песчаным гря-

дам, мигрирующим по размытому течениями коренному ложу.

Эти гряды могут иметь мощность до 10 м при ширине в сотни

метров и протяженности в несколько километров и идти парал-

лельно оси отливного течения и потока, как показано в работах

А. Страйда и X. Рейнека. Они бывают сложены ракушечными

глауконитовыми песками. Как показывают результаты съемки с

помощью искрового разряда, они имеют сложную внутреннюю ко-

сую слоистость, отражающую сложность систем течений, с которы-

ми связано их образование.

Подповерхностная диагностика песчаных тел, создаваемых при-

ливно-отливными течениями и аналогичных этим грядам, иногда

может быть осуществлена по данным сейсмических наблюдений.

Такого рода «песчаные достройки», как их иногда в просторечии

именуют, обнаруживают плоские подошвы, сложные внутренние

рефлекторы и волнистые верхние поверхности. На рис. 114 пред-

ставлена каротажная диаграмма для скажины, пройденной в пес-

чаном теле, связанном происхождением с действием приливно-

отливных течений.

Литература: [19, 25, 38, 49, 60, 61, 70, 74, 86, 110].

199.

Гамма-излучение, АНИ

РИС. 114. Результаты бурения скважины в песчаном теле, генезис которого свя-

зан с приливно-отливными течениями. По [79], с разрешения Американской ассо-

циации геологов-нефтяников.

Обращают на себя внимание литология (глауконит, обломки раковин), резкая размытая

•подошва и явно униформный характер кривой гамма-каротажа