Селли Р.Ч. Древние обстановки осадконакопления

Подождите немного. Документ загружается.

Рассматривая красную фацию в целом (т. е. с учетом крупно-

зернистости материала, малой изменчивости палеотечений и от-

сутствия обширных сланцевых тел с переходными подошвами,

сравнимых с паводковыми осадками), можно предположить, что

скорее всего это системы слабоизвилистых ветвящихся русел j. а не

резко меандрирующие реки. Это представление согласуется с ре-

гиональной схемой радиально расходящихся палеотечений, пред-

полагающей отложение красной фации на предгорных конусах вы-

носа. Интересно отметить, что вершины конусов расположены

вдоль линии разлома Минч; доказательства существования этого

разлома подтверждаются наличием глубокой, выпаханной ледни-

ком, в настоящее время подводной долины и горизонтальным сме-

щением структурных зон между гнейсами льюиса Внешних Гибрид

и материковой Шотландии (см. работу Р. Диенли, 1962 г.). Дан-

ная структура интерпретируется как секущий разлом, аналогич-

ный разлому Грейт Глэн. Однако можно предположить, что в позд-

нем докембрии

разлом Минч имел опущенное к востоку крыло.

В этом случае предгорные конусы выноса торридонской группы

могли быть порождены его уступом.

Итак, рассматриваемые осадочные образования — прекрасный

пример древнего аллювия, накопление которого можно отнести за

счет ветвящихся рек. На Земле известно множество других при-

меров такого рода обстановок [53, 74].

ДЕВОНСКИЕ ОСАДОЧНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ ЮЖНОГО УЭЛЬСА

И ГОР КЭТСКИЛЛ, США:

ОПИСАНИЕ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

Описание. В конце силура в результате каледонской орогении

в континентальных областях, окружающих северную Атлантику,

сформировались крупные горные цепи. Краевые бассейны, часто

ограниченные разломами, в течение девона заполнялись мощными

толщами красных конгломератов, песчаников и сланцев (эти тол-

щи получили наименование «древних красных песчаников», или

песчаников Олдрэд). С удалением от источников сноса мощность

осадков этой толщи уменьшается, и они переходят в тонкозерни-

стые морские осадки. Накопление красноцветов закончилось мор-

ской трансгрессией раннекаменноугольного периода. Красные де-

вонские толщи детально изучались в Северной Америке, Гренлан-

дии, на островах Шпицберген и в Великобритании (рис. 28).

На основании данных по северо-востоку США и Южному Уэль-

су (Великобритания) выделены четыре главные девонские фации

(табл. 5). На рис. 29 в обобщенном виде представлена их страти-

графия, а на рис. 30 и 31 показаны выходы пород.

Рассмотрим фацию Кэтскилл, а также изложим факты, позво-

ляющие считать ее аллювием меандрирующих рек. В типовой об-

ласти— горах Кэтскилл — фация имеет форму призмы, утончаю-

щейся к северо-западу при максимальной мощности около 600 м_

Западнее она перекрывается диахронной фацией Поконо, а сама,

РИС. 28. Общий вид древнего девонского континентального песчаника Олдрэд.

Фиорд короля Оскара, Восточная Гренландия

Таблица 5

Сравнительное рассмотрение девонских фаций Южного Уэльса

и штатов Пенсильвания и Нью-Йорк (США)

Номенклатура (фации) Седнментология Фауна Обстановка

Северо-вос-

ток США

Южный

Уэльс

Поконо

Фация А

Красные крупно-

зернистые песча-

ники с галькой,

изредка сланцы

Обычно немые

Аллювиаль-

ная: ветвя-

щиеся реки

Кэтскилл Фация В

Переслаивающие-

ся красные сред-

незернистые пес-

чаники и сланцы

Рыбы, пластин-

чатожаберные,

растения

Аллювиаль-

ная: меан-

дрирующпе

реки

Чемунг

Фация С

Переслаивающие-

ся тонкие серые

песчаники и слан-

цы, изредка угли

Фрагменты рас-

тений, пластин-

чатожаберные,

брахиоподы,

следы жизнедея-

тельности

Морская бе-

реговая ли-

ния

Портейдж

Пластинчатые

темные пиритовые

сланцы, изредка

темные кальци-

лютиты и грау-

вакки

Аммониты, плас-

тинчатожаберные

Открытое

море

также диахронно, залегает на фации Чемунг. Аналогичные отло-

жения фации «В» в Южном Уэльсе отличаются сравнительно

большим количеством эрратических валунов; распределение от-

ложений фации определено менее точно. Они занимают два стра-

тиграфических уровня, будучи ограничены по вертикали несогла-

Горы Кэтскилл, северо-восток США

Миссисипий

ООО

о о

Бассейн Южн. Уэльса, Великобритания

Нижний карбон

В течение девона

фации диахронно

мигрировали

на C 3 более

чем на 3 км

о о

ООО

о о

ООО

о о

ООО

о о

ООО

Верхний девон

> 400 м

Средний девон

отсутствует

Нижний девон

> 2 км

Силур

О о

Кэтскилл

Поконо

Кэтскилл

Чемунг

Портейдж

Южн. Уэльс

Фация А

Фация В

Фация С

Отсутствует

Обстановка

Ветвящиеся реки

Меандрирующие реки

Прибрежная зона

Открытое море

РИС. 29. Сравнение обобщенных разрезов Кэтскилл (США) и девонских разре-

зов Южного Уэльса

jookm

Сев. MeffOH

1 2

РИС. 30. Карта Южного Уэльса и прилегающих территорий, показывающая

область выходов девонских отложений.

Континентальная фация Южного Уэльса (песчаники Олдрэд) к югу почти полностью пе-

реходит в переслаивающиеся морские и континентальные отложения Северного Девона.

Породы: 1 — нижнепалеозойские, 2 — девонские, 3

—

последевонские

РИС. 31. Выходы пород девонского возраста (северо-восточная часть США)

еиями и переходами в осадки Поконо и Чемунг (см. рис. 29). Мощ-

ность конгломератов, образующих линзообразные тела, здесь очень

незначительна — редко более нескольких дециметров. Они состоят

из экстраформационной гальки жильного кварца и обломков по-

род, а также включают в себя интраформационную сланцевую

гальку местного постседимрнтационного происхождения.

Песчаники различаются и по структуре, и по составу; как пра-

вило, они средне- и тонкозернистые, изредка хорошо сортированы.

Иногда присутствует рыхлый глинистый матрикс. Петрографиче-

ски песчаники варьируют от литических до субграувакк. В Южном

Уэльсе они имеют красный цвет за счет содержащихся в матриксе

красных оксидов железа. В районе Кэтскилл они обычно блекло-

красные или пятнистые.

Сланцы, с которыми эти песчаники переслаиваются, представ-

ляют собой глинисто-песчанистые алевролиты с прослоями тонко-

го песка. Они преимущественно красные, хотя среди них встре-

чаются и блеклые, и пятнистые. Местами сланцы содержат тон-

кие пропластки желвакового микрокристаллического известняка

и доломита. Изредка в конгломератах встречается галька того же

петрографического состава.

Для отложений фации Кэтскилл характерна такая литологи-

ческая последовательность (с измельчением вверх по разрезу):

5 Зак. 803 65

РИС. 32. Обобщенный разрез фа-

ции Кэтскилл, девон США и Южн.

Уэльса (в толще обнаруживается

измельчение материала вверх по раз-

резу):

I — паводковые осадки поймы; II

—

отло-

жения песчаных кос; III — дно русла

конгломераты, песчаники, сланцы; в соответствии с этим распре-

деляются по вертикали и осадочные текстуры (рис. 32).

Каждая последовательность начинается эрозионной, размытой

и часто глубоко эродированной поверхностью, выработанной в ни-

жележащих сланцах. На ней залегает, хотя местами он и отсут-

ствует, тонкий слой конгломератов. Как правило, конгломераты

массивные, иногда слабостратифицированные с субпараллельными

краям впадины поверхностями напластования.

Песчаники, залегающие над конгломератами, обычно средне-

зернистые: косослоистые в нижней части, вверх по разрезу они

плавно переходят в тонкозернистые плоско- и микрослоистые. Гео-

метрия песчаных тел устанавливается с большим трудом из-за

их слабой обнаженности. Однако иногда удается определить, что

они представлены либо изолированными выполнениями русел,

либо латерально выдержанными покровами, образованными осад-

ками сливающихся русел. В отдельных случаях можно наблюдать,

что главные поверхности напластования имеют наклон к оси рус-

ла. Между главными поверхностями напластования видна косая

слоистость с наклоном вниз по течению. Таким образом, здесь мы

встречаемся с отложениями первого структурного типа, рассмо-

тренного в гл. I. Песчаники постепенно переходят в сланцы. По-

следние, как правило, пластинчаты и содержат тонкие прослои

песчаника, гальку, знаки ряби, заполненные песком трещины усы-

хания, а также горизонты с карбонатными конкрециями. Мощность

напластований, характеризующихся измельчением материала сни-

зу вверх (от конгломератов через песчаники к сланцам), — от 2

до 15 м.

Направление наклонов косой слоистости на разных участках

варьирует в широких пределах. Однако при сопоставлении в ре-

гиональном масштабе обычно выявляется превалирующий тренд,

по-видимому соответствующий палеосклону: в бассейне Уэльса он

направлен к югу, а в бассейне Кэтскилл — к северо-западу.

Фоссилии в этой фации обнаруживаются с трудом. В сланцах

иногда содержатся фрагменты растений и имеются корненосные

горизонты. Местами в песчаниках встречаются неопределимые

пластинки и шипы примитивных рыб, таких, как'птераспиды, а в

Южном Уэльсе — часто двустворчатые симметричные раковины

пелеципод, так называемых Archanodon jukesi. В песчаниках и

конгломератах иногда присутствуют остатки растений.

Интерпретация. Повторяющееся в данной фации измельчение

материала снизу вверх предполагает, что накопление ее связано

с течениями, которые внезапно возникали в той или иной части

бассейна, а со временем медленно теряли свою скорость. Таким

образом, конгломераты, покрывающие эрозионные поверхности,

отвечают турбулентным течениям, в то время как перекрывающие

их песчаники — более низким скоростям однонаправленных воло-

кущих течений, с которыми связано отложение косослоистых осад-

ков из материала мигрирующей мегаряби. Постепенное измель-

чение материала (до алевролитов) свидетельствует, что скорость

течений уменьшалась до таких значений, когда могло происхо-

дить выпадение из суспензии тонких частиц. Русловая природа

песчаников и характер падения главных поверхностей наплас-

тования в сторону оси русла наводят на мысль о возможности

сравнения их с песчаными косами современных меандрирую-

щих рек.

Переслаивание сланцев с косослоистыми тонкозернистыми пес-

чаниками и наличие трещин высыхания подразумевают, что слан-

цы накапливались в обстановке, при которой осаждение тонкого

материала из суспензии и действие низкоскоростных волокущих

течений чередовалось с периодами субаэрального развития. Жел-

ваковые псевдокристаллические карбонаты — аналоги современных

почвенных горизонтов каличе. Наиболее вероятно, что тонкозер-

нистая субфация накапливалась на затапливаемой пойме, по ко-

торой меандрировали речные русла (см. рис. 19).

Считают, что фауна, найденная здесь, является пресноводной.

Подобные выводы в значительной мере носят характер «замкну-

того, или порочного круга», так как строятся следующим образом:

поскольку вмещающие фауну отложения представляют собой кон-

тинентальные образования, то найденные в них ископаемые явля-

ются неморскими. Тем не менее важно, что такие несомненно мор-

ские организмы, как брахиоподы, иглокожие и трилобиты, здесь

отсутствуют. Аналогичным образом наличие остатков растений и

корненосных горизонтов позволяют предположить, что обстановка

накопления осадков если и не была континентальной, то во вся-

ком случае была приурочена к прибрежной, периодически затоп-

ляемой зоне.

Все вместе взятые факты приводят к заключению, что осадки

фации Кэтскилл накапливались в континентальных условиях. Вер-

тикальная последовательность в изменении литологии и характере

осадочных текстур хорошо сравнима с той, что наблюдается в

осадках современных меандрирующих рек; размытые поверхности,

выполненные конгломератом, образуются на дне русла, а силт—•

на затопляемой пойме [2, 101].

5* 67

Цикл такого типа — с измельчением материала снизу вверх —

свойствен многим древним аллювиальным отложениям. До того,

как этому явлению было дано простое объяснение, выдвигалось

несколько предположений. Сюда относятся эвстатические измене-

ния уровня моря, которые могли воздействовать на базис эрозии

(и аккумуляции) и профиль равновесия реки; тектоническое под-

нятие истоков, приводившее к увеличению поступления материала;

климатические изменения и соответственно, изменения в количе-

стве осадков, величины стока и скорости течения.

Следовательно, миграция реки по своей пойме может служить

адекватным объяснением аллювиальных циклов, когда этот про-

цесс накладывается на постепенное тектоническое погружение. Ко-

нечно, это не исключает воздействие иных процессов на осадко-

накопление, но если они и воздействуют, то их эффект должен на-

кладываться на существующий циклический механизм формиро-

вания затопляемой поймы. Несомненно, крупномасштабные вариа-

ции фаций и несогласия, наблюдаемые в басейне Южного Уэльса,

свидетельствуют о приложении иных сил, кроме тех, которые гене-

рирует меандрирующая река. На основании статистического изу-

чения циклотем в Пембрукшире (Великобритания, Южный Уэльс)

Р. Аллен показал, что они бывают двух типов: локализованные в

пространстве и обладающие достаточной латеральной выдержан-

ностью. Первые были отнесены к аутоциклическим процессам (на-

пример, миграция меандрирующих русел), а последние связаны с

аллоциклическими процессами регионального масштаба.

В плейстоценовых и современных аллювиальных осадках до-

лины р. Миссисипи выделяют пять серий, в каждой из которых

обнаруживается измельчение материала снизу вверх. Как предпо-

лагают У. Тенбулл, Е. С. Кринитски и Л. Джонсон (1950 г.), их

накопление может быть соотнесено с изменениями уровня моря

в ледниковую эпоху. Происхождение циклов в аллювиальных тол-

щах подробнее рассмотрено в работах [2, 3, 22, 10 и др.].

дискуссия

Большие объемы пород разного возраста — от докембрийских

до современных — во многих районах Земли соотносятся с аллю-

виальными обстановками. В целом их можно подразделить на че-

тыре типа:

1) призмы осадочных пород мощностью в сотни метров, отла-

гавшиеся в пред- и межгорных впадинах;

2) толщи мощностью в несколько сотен метров, накопление ко-

торых происходило в ограниченных разломами узких прогибах в

пределах континентальных щитов;

3) обширные аллювиальные покровы, сложенные грубыми

осадками ветвящихся рек; в пределах континентальных щитов их

мощность обычно составляет несколько десятков метров;

4) тонкие аллювиальные покровы под трансгрессивными мор-

скими осадками.

Первый тип аллювиальных отложений, представленный фаци-

ей Кэтскилл Северной Америки и отложениями песчаника Олдрэд

Южного Уэльса, уже рассмотрен. К нему относят верхнемеловые

отложения к востоку от Скалистых гор (гл. VI), третичные мо-

лассы Швейцарии и сиваликские серии на юге Гималаев. Всем им

присущи следующие отличительные признаки: их накопление про-

исходило в бассейнах вдоль краев воздымающихся горных цепей;

вблизи гор, откуда поступал материал, их мощность достигает не-

скольких сотен метров; с удалением от источников сноса мощность

уменьшается, а слагающий их материал становится более тонким.

Фациальный анализ этих осадочных толщ показал, что обстановки

их накопления менялись: вблизи источников сноса — это аллювий

ветвящихся рек, затем — аллювий меандрирующих рек, береговые

отложения и, наконец, осадки открытого моря.

Второй тип аллювиальных отложений встречается в ограни-

ченных разломами впадинах, часто отделенных от моря, располо-

женных либо в пределах горных цепей, либо на континентальных

щитах. Эти осадочные накопления, имеющие мощность сотни ме-

тров, обычно представлены грубым аллювием протоков и мате-

риалом, поступавшим из конусов выноса на уступы краевых раз-

ломов. По латерали они могут переходить в аллювий меандрирую-

щих русел или же непосредственно в озерные отложения централь-

ной части впадины. Нередко они переслаиваются с вулканическими

породами, поступавшими по краевым разломам. Примером могут

служить триасовые отложения Ньюарка — комплекс Коннектикут-

ского прогиба в Северной Америке, девонские отложения долины

Мидленд в Шотландии, докембрийские песчаники Скандинавии и,

вероятно, породы торридона (верхнего докембрия) Шотландии.

Аллювиальные породы третьего типа — грубозернистые покров-

ные песчаники с галькой мощностью до ста метров. Они занимают

площадь в несколько сотен квадратных километров. В их основа-

нии на плоской поверхности несогласия залегают конгломераты,

хотя местами эта поверхность глубоко эродирована врезами или

образует бугры и рытвины. Хорошо развитые осадки этого типа

встречаются в краевых зонах щита Сахары и Аравийского щита.

Их возрастной диапазон весьма широк: от кембрия до настоящего

времени. В широком понимании — это отложения так называемой

нубийской фации (нубийский тип имеет меловой возраст). Седи-

ментологически данные породы хорошо сопоставимы с аллювием

ветвящихся рек красной торридонской фации. Однако трудно по-

нять, насколько необходимы большие градиенты и высокие ско-

рости течения, чтобы ветвящиеся реки могли сохраняться в ниж-

нем течении на протяжении сотен километров. Скорее можно ожи-

дать, что осадки очень быстро должны были достигнуть уровня

равновесия, в результате чего скорость течения снизилась бы и

произошло отложение тонкого аллювия меандрирующих рек.

Эту трудность преодолел в своей работе У. Стоукс (1950 г.),

исследуя формацию Шинарамп и другие аналогичные ей форма-

ции плато Колорадо. Здесь на плоской поверхности несогласия за-

РИС. 33. Педимент, выработанный в докембрийскнх изверженных породах фун-

дамента (темноокрашенные породы), выше него залегает кембро-ордовикский

аллювий ветвящихся русел (формации Салеб и Ишрин).

На переднем плане современный аллювий, конус выноса с ветвящимися руслами. Вади-

Рум, Иордания

•легают несколько покровов крупнозернистых песчаников и конгло-

мератов; мощность каждого из них менее 100 м. Поскольку по-

роды содержат континентальную фауну, едва ли они могли быть

отложены морем, наступавшим на пенеплен. Более вероятно, что

эти песчаные покровы отлагались на предгорных конусах выноса,

выходивших с уступов, которые отступали все далее и далее по

мере расширения (отступания задней стенки) педиплена. Анало-

гичное объяснение было предложено в 1969 г. П. Уилльямсом в

•отношении конусов выноса торридонского возраста.

Данная концепция применима и в случае нубийской фации Са-

хары и Аравийского щита. Типичным примером могут служить

осадочные породы Южной пустыни Иордании (рис. 33). Докем-

брийский фундамент, сложенный изверженными породами, пере-

крыт мощной 700-метровой толщей крупнозернистых косослоистых

галечных песчаников, отвечающих, согласно исследованиям авто-

ра, обстановке ветвящихся рек. Аллювиальная фация подразде-

ляется здесь на три формации (рис. 34). Несогласный контакт с

докембрийским фундаментом южнее Вади-Рум представлен пло-

ской постседиментационно выветрелой поверхностью. Севернее и

гшже по течению останцы этих песчаников внедряются на 35 м в

вышележащую формацию Салеб, мощность которой увеличивается

-от 30 м южнее Вади-Рум приблизительно до 60 м в 30 км к се-

веру. Подошва перекрывающей ее формации Ишрин маркируется

•огромными русловыми комплексами, днища которых выполнены

чешуйчатыми плйстинами алевролитов размером более 1 м. Мож-

но предполагать, что их образование связано с переработкой ни-

жележащей формации Салеб. Мощность формации Ишрин около

-300 м (с небольшим региональным утонением на площади в сотни

квадратных километров). Кровля этой формации изрезана лож-

бинами глубиной до 5 м, местами их заполняют пластины алевро-

лита. Эти ложбины маркируют подошву формации Дизи, которая,

подобно формации Ишрин, имеет мощность около 300 м и на пло-