Селли Р.Ч. Древние обстановки осадконакопления

Подождите немного. Документ загружается.

динаты «головастиков» и их азимуты

для тщательно установленных интер-

валов.

Выбор соответствующей программы

зависит от типа структуры, выявлен-

ного в исследуемых осадках. Выделя-

ют три типа структур:

I тип. Встречается в косослоистых

песках, где обычно имеются две груп-

пы плоских поверхностей. Главные по-

верхности напластования разделяют

конкретные косослоистые пачки

(рис. 13). Эти поверхности напласто-

вания первого порядка могут выгля-

деть как горизонтальные, но при этом

в зависимости от своего происхожде-

ния иметь слабый первичный наклон.

Как правило, главные поверхности

напластования мигрирующих дюн сла-

бо наклонены вверх по течению. По-

верхности напластования первого по-

рядка у развитых в руслах кос могут

иметь наклоны в сторону оси русла.

Таким образом, структуры I типа

включают в себя две группы плоских

поверхностей: косую слоистость с

большими углами наклонов и направ-

лением вниз по течению и субгоризон-

тальные поверхности — границы пачек.

Большинство косых слоев встречают-

ся в пачках толщиной менее 1 м. Сле-

довательно, при исследовании отло-

жений данного типа глубинный каро-

таж должен осуществляться с ис-

пользованием такой компьютерной

программы, которая позволяет вычис-

лять наклоны для весьма малых вер-

тикальных интервалов.

II тип. Формирование отложений

этого структурного типа связано с

продвигающимися дельтами или под-

водными конусами. Поэтому для них

характерно наличие единственной

группы наклонов, причем углы паде-

ния обычно возрастают вверх по раз-

резу, одновременно увеличивается и

размер зерен (рис. 14). Структу-

ры II типа могут быть идентифици-

рованы с помощью программ, поз-

Угвл наклона, градусы

О 10 20 30

•—

—

РИС. 12. Запись результатов

глубинного наклономерного ка-

ротажа, выполненная с помо-

щью стандартного каротажно-

го графика с «головастиками».

«Голова» каждого «головастика»

дает значение угла наклона, а

его «туловище» показывает на-

правление наклона на определен-

ной глубине (значение четырех ос-

новных типов записи — мотивов,

показанные на графиках, рассмат-

ривается в тексте).

I — униформный характер накло-

нов («зеленый мотив»); 2 — «крас-

ный мотив» с измельчением ма-

териала вверх по разрезу; 3 — «го-

лубой мотив» с укрупнением ма-

териала вверх по разрезу; 4 —

случайное распределение накло-

нов («мешок с гвоздями»)

РИС. 13. Блок-диаграмма (а) и стереограмма (б), иллюстрирующие I струк-

турный тип (например, косослоистые песчаники):

/ — главные поверхности напластования, угол наклона менее 5°; 2— косая слоистость, угол

наклона = 20°

в сторону моря):

— поверхности напластования с углом наклона <15°; 2—наклоны форм продвижения

РИС. 15. Блок-диаграмма (а) и стереограмма (б) III структурного типа (по-

добная хаотичная картина может быть обусловлена разрывами, оползнями, кон-

гломератами или песчаными потоками)

Гамма-излучение,

АНИ

) > I > I

Инкременты

РИС. 16. Каротажный график, иллюстрирующий хорошую различимость преоб-

ладающих наклонов (мод) следующих друг за другом инкрементов (А—Г).

При совмещении эти же данные образуют полимодальную фигуру (справа)

воляющих рассчитывать наклоны для больших вертикальных ин-

тервалов.

III тип. Осадкам этого типа присуще случайное распределение

наклонов. Плоские поверхности могут иметь плохую выдержан-

ность, случайную ориентацию, осадки могут быть полностью изо-

тропными. Независимо от вида используемой программы в этом

случае может быть получена весьма хаотичная картина распреде-

ления наклонов (рис. 15). Такой беспорядочный характер записи,

вероятно, связан с плохими условиями в скважине или с плохо

подобранным буровым раствором, но он может оказаться и гео-

логически значимым, свидетельствуя о наличии оползней, разры-

вов в конгломератах или песчаных потоках.

После того, как с помощью подобранной программы вычисле-

ны наклоны, результаты изображаются графически. Наиболее це-

лесообразно построение азимутальных диаграмм для каждого ге-

нетического инкремента, определенного по результатам гамма-ка-

ротажа, каротажа по естественным потенциалам или других видов

глубинного каротажа (рис. 16). Если азимутальные диаграммы

строят для больших вертикальных интервалов, то можно получить

полимодальные фигуры. Именно поэтому наклоны отдельных ин-

крементов могут сгруппироваться. В этом случае на графиках глу-

бинного наклономерного каротажа обычно обнаруживают четыре

главные типа распределения «головастиков» (см. рис. 12).

Постоянные наклоны, которые на некоторой глубине демон-

стрируют близкие углы и направления, получили название «зеле-

ного мотива». Он характерен для сланцевых разрезов и может

быть использован для определения структурных наклонов форма-

ций. Наклоны одинаковой ориентации, но с уменьшающимися

вверх значениями угла, образуют рисунок, получивший название

«красного мотива». Он типичен для русел и, как далее будет по-

казано, может быть использован для локализации направления и

оси русла. Мотив записи, где наклоны имеют одинаковое направ-

ление, но их значения возрастают снизу вверх, именуется «голу-

бым». Он часто показывает направление продвижения песчаных

баров, лопастей дельт, подводных конусов и рифов.

Наконец, четвертый мотив записи наклонов — наиболее распро-

страненный. Его образно назвали «мешком с гвоздями» или «пья-

ными головастиками», поскольку в отдельных интервалах накло-

ны случайны как по значению угла, так и по направлению. Это

может свидетельствовать о низком качестве каротажных работ,

в частности плохой работе прибора из-за неудовлетворительных

условий в скважине (например, при обрушении ее стенок). Вместе

с тем вариант «мешка с гвоздями» характерен для конгломератов

и отложений песчаных потоков, в которых при их гетерогенной

структуре отсутствуют плоские поверхности.

Более подробную интерпретацию о результатах наклономерных

измерений -в скважине при определении наклонов осадочных слоев

можно найти в специальных работах [10, 39 и др.].

При подповерхностном анализе фаций каждой конкретной об-

становки будут рассмотрены различные случаи применения, на-

клономерных данных.

РЕЗЮМЕ

В этой вводной главе мы затронули целый ряд проблем, по-

этому прежде чем перейти к вопросам подповерхностного анали-

за фаций, подытожим рассмотренные методы интерпретации усло-

вий осадконакопления.

Обстановка осадконакопления — географически ограниченный

комплекс (часть земной поверхности), отличный по своим физи-

ческим, химическим и биологическим параметрам от сопредель-

ных территорий. Обстановки могут быть эрозионными, равновес-

ными (транзитными), когда отсутствуют эрозия и аккумуляция, и

седиментарными (осадочными). В последнем случае формируются

^Наблюдение > Интерпретация

> Прогноз

Обстановка

осадконакопления и

палеогеографические

условия

Локализация,

оконтуривание к

экономическая

Оценка

1»

Палеотечснив

!авнение с современными осадками'

РИС. 17. Схема определения условий аккумуляции осадка и его экономической

оценки

осадочные фации, которые могут быть определены по их геоме-

трии, литологии, осадочным текстурам, палеотечениям и фосси-

лиям. Перечисленные характеристики отражают не только кон-

кретные условия осадконакопления, но и обстановки, предшествую-

щие или эквивалентные по времени.

Одни и те же типы обстановок осадконакопления встречаются

на земной поверхности, причем многократно, и в настоящее вре-

мя. Однако не существует двух абсолютно идентичных обстановок,

а между различными обстановками часто отсутствуют четкие гра-

ницы.

По-видимому, существует некоторое количество древних оса-

дочных фаций, неоднократно встречающихся в разных точках

земного шара в породах разного возраста. Эти фации могут быть

соотнесены с современными обстановками осадконакопления. >

Миграция обстановок по земной поверхности приводит к ,на-

коплению вертикальных последовательностей фаций. Иными сло-

вами, конформные вертикальные последовательности фаций мо-

гут быть интерпретированы в соответствии с концепцией, извест-

ной как закон Вальтера. Стратиграфические разрезы могут под-

разделяться на генетические инкременты одного и того же фаци-

ального типа и могут состоять из генетических последовательно-

стей вертикально надставляющих друг друга инкрементов одина-

кового генезиса.

Основные принципы анализа древних обстановок осадконакоп-

ления в обобщенном виде представлены на рис. 17. В любом слу-

чае при диагностике происхождения осадочных фаций предпочти-

тельнее использовать все доступные данные, не довольствуясь ка-

ким-то одним критерием. Геология — наука, в лучшем случае, не-

точная, в ней редко возможны детерминистические утверждения.

При геологических исследованиях мы имеем дело скорее с вероят-

ностями, а не абсолютными истинами.

Карта

регистрации данных подповерхностного анализа фаций

(по данным бурения и резупыатам геофизического

каротажа)

скважины.

Район

Производитель работ„

Ssb'o

Глина,

аргиллит

Песок,

песчаник

Гравий,

конгломерат

Условные обозначения (литология)

Известняк

+ +

Магматические

породы

Доломит

Изверженный

породы

)

[ Эвэпориг

- ПЗ

горизонтами)

Воз-

раст

Гамма-каротаж, АНИ

Тип пор оды

и структура

С I

U с

Нзклономерные

данные

10° 20® 30°

Фации и

обстановка

осадко-

накопления

РИС. 18. Стандартная карта-форматка (FACDISPLAY log format), используемая

для регистрации данных подповерхностного анализа фаций

Итоги подповерхностного анализа фаций могут быть представ-

лены с помощью специальной карточки-форматки (FACDISPLAY

log format, рис. 18), позволяющей показать тот минимум факти-

ческих данных, который требуется для любой интерпретации усло-

вий накопления осадков.

Начинающему геологу в первую очередь необходимо научиться

избегать догматического подхода ко всякого рода истинам, какими

изобилует и эта вводная глава. Прилежные читатели могут по-

святить целый год просмотру соответствующей литературы, зато-

чив себя для этого в стенах ближайшей библиотеки геологическо-

го профиля. Убежденные скептики могут предпочесть все после-

дующее десятилетие провести в поле. Что касается остальных чи-

тателей данной книги, то им не следует забывать, что всякое

обобщение, включая и это последнее, таит определенную опас-

ность.

Литература: [1, 4, 5, 7, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 28, 35, 39,

42, 43, 47, 48, 50, 52, 54, 55, 56, 59, 62, 63, 64, 69, 71, 75, 77, 78, 79, 80,

82, 83, 84, 85, 87, 94, 96, 99, 101, 102, 105, 107, 109].

ГЛАВА II

РЕЧНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ

СОВРЕМЕННЫЙ АЛЛЮВИЙ

Мощные толщи красноцветных переслаивающихся конгломера-

тов, песчаников и сланцев, лишенных морской ископаемой фауны,

широко распространены по всему миру. По происхождению их

обычно считают аллювиальными. Геоморфология, гидрология и

седиментология современных рек хорошо известны как по натур-

ным наблюдениям, так и по результатам экспериментальных ис-

следований [57 и др.]. Современные аллювиальные отложения в

основном бывают двух видов, причем их характерные особенно-

сти в значительной степени определяются морфологией речных

русел, с которыми связано их накопление. Выделяют сильно изви-

листые меандрирующие русла и слабоизвилистые ветвящиеся рус-

ловые комплексы.

АЛЛЮВИЙ МЕАНДРИРУЮЩИХ И ВЕТВЯЩИХСЯ РЕК

Аллювий меандрирующих рек. Сильно извилистые меандри-

рующие речные русла формируются, как правило, там, где гра-

диенты уклона и расход воды по сравнению с аналогичными пара-

метрами в системах ветвящихся русел невелики [57]. В настоя-

щее время они характерны для областей с влажным климатом и

развитым растительным покровом, где сезонные расходы воды от-

носительно постоянны, а способность к осадконакоплению относи-

тельно низка за счет сглаженной топографии и замедляющего эф-

фекта растительности как в отношении почв, так и боковой эрозии

в руслах. Хорошим примером современной меандрирующей реки

может служить р. Миссисипи.

Отложения меандрирующих рек можно подразделить на три

главные субфации, соответствующие трем различным субобстанов-

•кам.

Пойменная субфация — покровы очень тонких песков, глини-

стого песка и глины откладываются на заливных участках речной

поймы. Они отличаются тонкой слоистостью, содержат знаки ряби

и горизонты трещин высыхания, заполненные песком, образование

которых предполагает наличие субаэральных условий. Присутствие

почвенных горизонтов устанавливается по известковистым коркам

(каличе), железистым латеритам и корненосным слоям. На по-

верхности напластования возможны формирование торфа и сохра-

нение растительных остатков. Эта субфация накапливается глав-

ным образом из суспензии в период паводков, когда реки выходят

из берегов.

Русловая субфация — боковая миграция меандрирующего рус-

ла приводит к эрозии внешнего вогнутого берега, размыванию

ложа реки и отложению осадков на внутреннем берегу. В резуль-

тате аккумулируются весьма характерные по размерности частицы

и формируются осадочные текстуры толщ. Их подошвы представ-

ляют собой эрозионные поверхности, на которых залегают экетра-

формационная галька, интраформационные глинистые пеллеты,

фрагменты костей и обломки принесенной водой древесины. Они

образуют остаточные скопления на дне русла и перекрываются

толщей песков, для которой характерно общее уменьшение раз-

мерности зерен по вертикали. Массивные с горизонтальной слои-

стостью пески и корытообразные косослоистые пески одновремен-

но с уменьшением мощности пачек постепенно переходят в пла-

стинчатые полого-косослоистые пески. Эти последние, в свою оче-

редь, переходят в микрокосо- и плоскослоистые тонкие пески, ко-

торые сменяются алевритами пойменной субфации [2, 101].

Субфация мертвых русел — шнуровидно-изогнутые тонкозер-

нистые отложения, заполняющие брошенные русла, иногда назы-

ваемые «старичными озерами», образуются, когда река прорывает

шейку меандра, заиливая концы первоначального изгиба. Эта суб-

фация аналогична осадкам поймы, но отличается от них геометри-

ей и непосредственным залеганием (причем с резким контактом)

.на остаточных русловых конгломератах без каких-либо промежу-

точных слоев отмелевых песков.

Общее представление о возникновении субфаций отложений

меандрирующих рек позволяет получить рис. 19.

Аллювий ветвящихся рек. Системы разветвленных рек пред-

ставляют собой сеть ветвящихся рукавов с низкой извилистостью

русла. В настоящее время такие системы приурочены к участкам

с более крутыми уклонами и более высоким расходом воды, чем

в случае меандрирующих рек [53, 57, 65, 74]. Многие современ-

ные ветвящиеся реки связаны с предгорными конусами выноса у

краев горных систем, т. е. находятся там, где имеется большой

объем осадков, а расход воды часто, хотя и не всегда, испытывает

сезонные колебания. Такие реки известны как в пустынях США,

Алжира и Австралии, так и в перигляциальных горных районах,

например, в западной части Канады и Юконе. В данных областях

эрозия происходит весьма интенсивно, расход воды высок и носит

спорадический характер, растительный покров, если и существует,

не столь густой, чтобы препятствовать стоку. Все эти факторы

РИС. 19. Геофантасмограмма, иллюстрирующая субобстановки накопления к

осадочный разрез затопляемой аллювиальной равнины, прорезанной меандри-

рующим речным руслом. По [80] с разрешения Академик Пресс.

—

серия отмершего русла; Jl — серия активного русла; 1 — заболоченная пойма за бере-

говой отмелью; 2— береговая отмель; 3 — русло; 4 — прирусловый вал; 5 — старинное

озеро отмершей меандры

приводят к тому, что реки здесь, как правило, перегружены обло-

мочным материалом. Новое русло возникает не раньше, чем преж-

нее оказывается забито собственными наносами, которые образуют

в центральной части своего рода бар; именно по обе стороны от

него и проходят новые русла. Процесс формирования центрального

бара повторяется, в результате чего в пределах области осадко-

накопления формируется целая система ветвящихся русел.

Таким образом, аллювий разветвляющихся рек состоит из пе-

ска и руслового галечника и не содержит тонкозернистых пой-

менных алевритов и глин. Благодаря повторяющимся отмираниям

русел и флуктуациям расхода воды здесь обычно отсутствуют ла-

терально выдержанные циклические серии, подобные тем, которые

образуются в меандрирующих руслах. Однако здесь отмечаются

серии, демонстрирующие уменьшение размерности вверх по раз-

резу— от гравия через песок к алевролитам. Их образование свя-

зано с ослаблением скорости течения по мере заполнения русла..

Подобные серии (но вверх по разрезу материал грубеет) установ-

лены для плейстоценовых песков ледниковых зандров и гравий-

ников в южной части пров. Онтарио. Они образуются при запол-

нении ветвящихся русел в эпохи усиления стока.

Алеврит, который в небольших количествах присутствует в ал-

лювии ветвящихся рек, как правило, отлагается в брошенных рус-

4 Зак. 803 49

РИС. 20. Геофантасмограмма, иллюстрирующая субобстановки и осадочный раз-

рез зандровой равнины с ветвящимися реками:

I — серия отмершего русла; //— серия активного русла; / — песчаные отложения активных

ветвящихся русел; 2 — илистые отложения отмершего русла

лах. Они формируются при закупорке и отклонении русел, а так-

же при речных перехватах в результате быстрой поступательной

русловой эрозии в нижней части склона конуса. Там, где мертвое

русло все еще сохраняет связь с активным руслом ниже по тече-

нию реки, могут формироваться своего рода ловушки для глини-

стых песков и глин, приносимых обратно направленными завихре-

ниями из главного русла. Таким образом, тонкозернистые осадки

образуют шнуровидные тела в соответствии с первоначальной фор-

мой русла. Анализ процессов в современных системах ветвящихся

русел свидетельствует, что, несмотря на возможность формирова-

ния здесь обоих типов последовательности (вверх по разрезу раз-

мер частиц может как уменьшаться, так и увеличиваться), по-ви-

димому, строение подавляющего большинства таких субфаций бес-

системно. Возникающая формация обычно включает в себя угли-

стые пески ветвящихся русел и гравий с редкими шнуровидными

телами глинистых сланцев мертвых брошенных русел (рис. 20).

Это заметно контрастирует с более правильным распределением

субфаций в системах меандрирующих рек, характеризующихся го-

ризонтально выдержанными пойменными глинистыми фациями.

Рассмотрим два примера древнего аллювия: в первом случае речь

пойдет об осадках ветвящихся русел, а во втором упор будет сде-

лан на отложения меандрирующих рек.