Ян П.А. Состав, строение и условия осадконакопления келловей-оксфордских отложений Надым-Пурского междуречья Западной Сибири

Подождите немного. Документ загружается.

При описании песчано-алевритовых отложений использовалась широко

принятая десятичная классификация гранулометрического состава пород,

принятая некогда в Московском нефтяном институте (Фролов, 1964).

Гранулометрический состав пород определялся по шлифам. Для обработки

данных гранулометрического состава алеврито-песчаных пород применялась

программа

"Shlif',

разработанная В.Р.Ливщицем (ИГНГ СО РАН), позволяющая

быстро обрабатывать исходные количественные данные, аналитическим

способом вычислять гранулометрические коэффициенты, в том числе:

максимальный, минимальный, средний диаметр обломков, вариацию, среднее

квадратичное отклонение (дисперсия), 75%- и 25%-квартили, моду, медршну,

асимметрию, эксцесс, коэффициент сортировки по В.Траску (SQ=—, где Q2-

квартиль, отвечающая 25%, Qr квартиль, отвечающая 75% содержания

обломков).

При изучении петрографического состава использовалась схема

классификации песчано-алевритовых пород по составу обломочного материала,

предложенная Ю.П.Казанским (Осадочные породы..., 1987) (рис. 3.1) с

некоторыми изменениями. В названиях классов песчано-алевритовых пород

прилагательное «граувакковый» заменено на «литокластитовый». В настоящее

время термин «граувакковый» широко применяется для обозначения песчаников

с высоким содержанием обломков пород. Однако это не совсем правильно,

поскольку под определением «граувакка», история возникновения которого

очень детально рассмотрена Ю.К.Советовым (1977), понимали весьма

специфические породы темного цвета, с высоким содержанием глинистого

матрикса, незрелыми структурой и составом обломочного материала и рядом

других признаков. Кроме того, каждый из трех классов полимиктовых

(литокластито-полевошпатово-кварцевые; полевошпатово-литокластито-

кварцевые; кварцево-полевошпатово-литокластитовые) пород, выделенных

Ю.П.Казанским, был разделен на две части с образованием соответственно

шести классов: полевошпатово-литокластито-кварцевый; полевошпатово-

кварцево-литокластитовый; литокластито-полевошпатово-кварцевый;

литокластито-кварцево-полевошпатовый; кварцево-полевошпатово-

Кварц

100

Полевые шпаты

75 50

25 100

Обломки пород

Рис.

3.1.

Схема классификации песчано-алевритовых пород

по

составу обломочного

матриала

(по

Ю.П.Казанскому,

1987 с дополнениями).

1 - кварцевые; 2-

олигомиктово-кварцевые;

полевошпатовые;

4- олигомиктово-

шевошпатовые;

5 -

литокластитовые;

6 -

олигомиктово-литокластитовые;

7 -

полевошпатово-

кварцевые; 8 -

литокластито-кварцевые;

9 -

кварцево-полевошпатовые;

- литокластито-

олевошпатовые;

кварцево-литокластитовые;

полевошпатово-литокластитовые;

13а-

стокластито-полевошпатово-кварцевые;

136 -

литокластито-кварцево-полевошпатовые;

14а -

^тевошпатово-литокластито-кварцевые;

146

полевошпатово-кварцево-литокластитовые;

15а-

кварцево-литокластито-полевошпатовые;

156 -

кварцево-полевошпатово-литокластитовые;

литокластитовый и кварцево-литокластито-полевошпатовый. Такое изменение

позволяет исключить, например, попадание в полевошпатово-литокластито-

кварцевый тип пород песчаника, с содержанием полевых шпатов, превышающем

содержание обломков пород.

При описании степени окатанности обломочных компонентов

применялась классификация, предложенная А.Б.Рухиным (1961), согласно

которой обломочные компоненты делятся на пять классов: хорошо окатанные,

окатанные, слабоокатанные, угловатые и остроугольные.

Типы контактов между обломочными компонентами определялись с

использованием классификации, описанной Г.Н.Перозио

(Постседиментационные преобразования..., 1967).

При описание морфологии различных типов цемента применялась

классификация, описанная В.Н.Швановым (1987), степень кристалличности

карбонатных цементов определялась по схеме, приведенной Ю.П.Казанским

(Осадочные породы..., 1987).

Для диагностики основных породообразующих минералов глинистых

пород, помимо их изучения в шлифах, широко применялись

рентгеноструктурный анализ, ИК-спектроскопия и термический анализ.

Для реконструкций обстановок седиментации применялся литолого-

фациальный анализ. По комплексу признаков (состав, текстуры, фаунистические

и флористические остатки, минеральные новообразования) породы были

разделены на ряд литотипов, составляющих литофации. Под литотипом

понимается отложения, характеризующиеся устойчивым комплексом

литологических и палеонтологических признаков, свидетельствующих о

сходных способах и условиях седиментации (Фролов, 1984). Литофация

представляет собой комплекс пространственно и генетически связанных между

собой литотипов, образовывавшихся в пределах обстановки. В основе

генетической типизации пород лежит классификация, предложенная

Л.Н.Ботвинкиной и др. (1956) для угленосных отложений среднего карбона

Донецкого бассейна. Они выделяли три группы отложений: континентальные,

переходные от континентальных к морским и морские. В каждой группе имеется

ряд фаций, содержащих по 2-6 литогенетических типов (табл. 3.1). В

соответствии с современными представлениями о морских бассейнах с

терригенной седиментацией, в классификацию был внесен ряд изменений,

касающийся терминологии и интерпретации обстановок осадконакопления.

Одним из аспектов литолого-фациальных исследований являлся

предложенный А.Зейлахером (1967), а позднее дополненный Р.Фреем и

Дж.Пембертоном (1985, 1987), анализ ихнофоссилий и их рекуррентных

ассоциаций (ихнофаций) (рис. 3.2), которые долгое время большинством

исследователей воспринимались как относительный палеобатиометр. Сейчас эта

точка зрения несколько изменилась и прямой корреляции между ихнофациями и

глубиной палеобассейна не проводится. Тем не менее, следы жизнедеятельности

донных животных несут важную информацию об условиях формирования

содержащих их отложений. Они в значительной степени отражают характер

поведения оставлявших их организмов, которые приспосабливались к факторам

окружающей среды, таким как гидродинамическая энергия, привнос осадочного

материала и пищи, консистенция субстрата, наличие кислорода.

До недавних пор считалось, что значение ихнофациального анализа для

решения задач стратиграфии несущественно из-за рекуррентности ихнофаций.

Но возникновение сиквенс-стратиграфии повысило интерес многих

специалистов к следам жизнедеятельности. Обоснование сиквенс-

стратиграфических подразделений разного порядка напрямую связано с

выделением несогласий и перерывов в осадочных толщах, которые зачастую

выражены в разрезе очень нечетко. В таких случаях ихнофоссилий и их

сообщества могут быть эффективны при определении различных типов границ и

для их генетической интерпретации (Pemberton et al., 1992). Кроме того,

распределение ихнофоссилий и изменение состава ихнофациальных сообществ в

разрезе сиквенса, как будет показано ниже, достаточно четко отражают

колебания относительного уровня келловей-оксфордского моря.

В келловей-оксфордских отложениях Западно-Сибирского осадочного

бассейна следы жизнедеятельности донных животных имеют весьма широкое

распространение (Сердюк, Яшина, 1972; Вакуленко, Ян, 2001). В них удалось

:)э

Таблица 3.

Фации и литогенетические типы угленосной толщи среднего карбона Донбасса

(по Л.Н.Ботвинкинон н др.. 1956)

2 =

_2 1^

Фация

Литогенетическим тип

_2 1^

Фация

Описание

Песча}1ых осадков русла (АР)

ЛРЧ

гравелиты, песчаник кр\пмо)ернистые, разнозернистые. несортированные

Песча}1ых осадков русла (АР)

ЛР-2

песчаник крупно-

среднезернистый, разнозернистый

ритмической

сортировкой зерен

косой крупной однонаправленной прямолинейной

слоистостью

Песча}1ых осадков русла (АР)

АР-3

песчаник средне-

мелкозернистый

ритмической сортировкой зерен

к-рупной

однонаправленной сходящейся слоистостью

Песчано-алеврмтовых осадков поммы

(АП)

АП-1

песчаник мелкозернистый

косой мелкой слоистостью

прослоями пород

тoнкoгopизoнтaJ^ьнoй прерывистой слоистостью

Песчано-алеврмтовых осадков поммы

(АП)

АП-2

песчаник мелкозернистый, хпевролит крупнозернистый

косой мелкой

сходящейся

косоволнистон прерывистой слоистостью

прослоями заиления

Песчано-алеврмтовых осадков поммы

(АП)

^n-J

хтевролиты

горизонтальной прерывистоволнистой и линзовидной

слоистостью

растительным детритом

Песчано-алеврмтовых осадков поммы

(АП)

АП-4

аргиллит, певролит мелкозернистый

тонкогоризонтальной слоистостью

растительными остатками часто хорощей сохранности

Заболоченных прморежно-\(орскнх

равнин (БП)

БП-1

аргиллит, алевролиты

комковатой текстурой

корневыми остатками

почва

угольного пласта

i£

Заболоченных прморежно-\(орскнх

равнин (БП)

БП-2

алеврол1)ты, иногда песчаник мелкозернистый

корневыми остатками

подпочва УГОЛЬНОГО пласта

Заболоченных прморежно-\(орскнх

равнин (БП)

БП-3

алевролиты, песчаник мелкозернистый, неслоистый, редко

неясногоризонтальной

прерывистой слоистостью,

большим количеством

растительных остатков

о Заливающихся частей торфяных болот

(БЗ)

БЗ-1

аргиллиты углистый

о Заливающихся частей торфяных болот

(БЗ)

БЗ-2

аргиллит углистый, листоватый

обильными растительными остатками, часто

хорошей сохранности

Сапропелевых озер-болот (БС)

БС

Торфяного болота (БТ)

БТ

•

Глинистых осадков лагун и заливов

(ПГ)

ПГ-1

арпилит, алевролит мелкозернистый

прибрежной фауной

•

Глинистых осадков лагун и заливов

(ПГ)

ПГ-2

аргиллит, алевролит мелкозернистый

конкрециями

•

Глинистых осадков лагун и заливов

(ПГ)

ПГ-3

аргиллит, алевролит мелкозернистый

прибрежной фауной опресненных води

и растительными остатками

•

Глинистых осадков лагун и заливов

(ПГ)

ПГ-4

аргиллит черный

мелкой фауной опресенных вод

обильными

растительными остатками

•

Глинистых осадков лагун и заливов

(ПГ)

ПГо

алевролиты

волнистой слоистостью

•

Песчано-алевритовых осадков зоны

волновой ряби заливно-лагунного

побережья (ПВ)

ПВ-1

алевролит мелкозернистый, аргиллит

неотчетливой волнистой неправильной

слоистостью

•

Песчано-алевритовых осадков зоны

волновой ряби заливно-лагунного

побережья (ПВ)

ПВ-2

переслаивание алевролитов, песчаник мелкозернистый

волнистой мелкой

неправильной слоистостью

тпг

ряби волнений на мелководье

•

Песчано-алевритовых осадков зоны

волновой ряби заливно-лагунного

побережья (ПВ)

ПВ-3

песчаник мелко- или среднезернистый

волнистой мелкой прерывистой

слоистостью

•

Песчаных осадков пересыпей, кос и

баров (ПО)

ПП-1

песчаник мелко- или срелнезернистый

подчиненными прослоями

алевролитов

разнообразной слоистостью

•

Песчаных осадков пересыпей, кос и

баров (ПО)

ПП-2

песчаник мелко- или среднезернистый

горизонтальной неясной слоистостью

и неокатанными включениями алевролита или аргиллита

•

Песчаных выносов рек (подводная

часть дельты) (ПР)

ПР-1

песчаник мелко- или среднезернистый

косой разнонаправленной

слоистостью, без ритмической сортировки материала

•

Песчаных выносов рек (подводная

часть дельты) (ПР)

ПР-2

песчаник мелкозернистый

горизонтальной прерывистой

косой мелкой

слоистостью

•

Глинисто-алевритовых и песчаных

осадков приморских озер (ПО)

ПО-1

песчаник мелкозернистый, алевролиты

отчетливой горизонтальной

правильной слоистостью, подчеркнутой растительным материалом

•

Глинисто-алевритовых и песчаных

осадков приморских озер (ПО)

ПО-2

алевролит мелкозернистый, аргиллит

обильными растительными остатками

хорошей сохранности

СЗ

о.

са

Глинистых осадков материкового моря

(МП

МГ-1

аргиллит, алевролит мелкозернистый, известковистый, часто

морской фауной

СЗ

о.

са

Глинистых осадков материкового моря

(МП

МГ-2

арпилит. реже алевролит мелкозернистый

морской фауной

СЗ

о.

са

Глинистых осадков материкового моря

(МП

МГ-3

аргиллит, реже алевролит мелкозернистый,

поясками-цепочками конкреций

СЗ

о.

са

Глинистых осадков материкового моря

(МП

МГ-4

аргиллит без фауны

конкреций

СЗ

о.

са

Алевритовых осадков материкового

моря (МА)

МА-1

алевролит мелкозернистый, однородный, неясногоризонтально-слоистый

СЗ

о.

са

Алевритовых осадков материкового

моря (МА)

МА-2

алевролит мелкозернистый

редкими тонкими прослоями крупнозернистого,

местами пологоволнисто-слоистый

СЗ

о.

са

Алевритовых осадков материкового

моря (МА)

МА-3

алевролит крупнозернистый

тонкими подчиненными прослоями

мелкозернистого, горизонтально-слоистый

СЗ

о.

са

Чередования песчано-алевритовых

осадков зоны волнений прибрежной

части моря

МВ-!

тонкое переслаивание алевролитов (мощность слойков от долей миллиметра до

1-2 мм)

СЗ

о.

са

Чередования песчано-алевритовых

осадков зоны волнений прибрежной

части моря

МВ-2

переслаивание алевролитов (мощность слойков

от 1-2

мм

до (-2 см)

СЗ

о.

са

Чередования песчано-алевритовых

осадков зоны волнений прибрежной

части моря

МВ-3

переслаивание хзевролитов, нарушенной ходами

норками донных животных

и текстурами взмучивания

оползания

СЗ

о.

са

Чередования песчано-алевритовых

осадков зоны волнений прибрежной

части моря

МВ-4

крупное переслаивание алевролитов (чередование слоев мощностью

от

!-2

см

до нескольких десятков сантиметров)

СЗ

о.

са

Чередования песчано-алевритовых

осадков зоны волнений прибрежной

части моря

МВ-5

песчаник мелкозернистый, алевролит крупнозернистый

волнистой

мульдообразной слоистостью

СЗ

о.

са

Чередования песчано-алевритовых

осадков зоны волнений прибрежной

части моря

МВ-6

песчаник мелкозернистый, известковистый

обломками раковин

СЗ

о.

са

Песчаных осадков зоны морских

течений (МП)

МП-1

песчаник мелкозернистый, реже среднезернистый, или алевролит

крупнозернистый, однородный, неслоистый, без органических остатков

СЗ

о.

са

Песчаных осадков зоны морских

течений (МП)

МП-2

песчаник мелкозернистый, реже среднезернистый, однородный

косой

крупной разнонаправленной пологой слоистостью

Карбо-

натные

отложе-

ния

Карбонатных осадков материкового моря,

тоне, удаленной

от

берега (МИУ)

Карбо-

натные

отложе-

ния

Карбонатных осадков материкового моря,

зоне,

прибрежной

мелководной (МИП)

- -

Рис.

3.2. Батиметрическое расположение ихнофаций и индивидуальных

ихнофоссилий (Crimes, 1975; Frey and Seilacher, 1980)

1) Caulostrepsis; 2) Entobia; 3) следы сверления, оставленные морскими

ежами; 4) Trypanites; 5,6) Gastrochaenolites или родственные им

образования; 7) Diplocraterion; 8) Psilonichnus; 9) Skolithos; 10)

Diplocraterion; 11) Thalassinoides; 12) Arenicolites; 13) Ophiomorpha; 14)

Phycodes; 15) Rhizocorallium; 16) Teichichnus; 17) Crossopodia; 18)

Asteriacites; 19) Zoophycos; 20) Lorenzinia; 21) Zoophycos; 22) Paleodictyon;

23) Taphrhelminthopsis; 24) Helminthoida; 25) Spirorhaphe; 26)

Cosmorhaphe.

выделить восемь разновидностей ихнофоссилий, относящихся к двум

ихнофациям: Skolithos и Cniziana. Кроме того, отмечены ряд следов

жизнедеятельности, диагностировать которые не удалось, а также

деформативная биотурбация.

Следы жизнедеятельности ихнофации Skolithos, оставляемые

преимущественно фильтраторами и пассивными плотоядными (Fray et al., 1990),

свидетельствуют об относительно высоких уровнях волновой энергии или

энергии потоков и обычно формируются в рыхлых песчаных и алевритовых

осадках (Pemberton et al., 1992). В васюганском сиквенсе эта ихнофация

представлена тремя разновидностями ихнофоссилий: Skolithos, Ophiomorpha и

Diplocraterion.

Ихнофоссилий ихнофации Cruziana формируются в относительно тонких

неконсолидированных осадках сублиторали и образуются преимущественно

поедателями осадка. В келловей-оксфордских отложениях эта ихнофация

представлена достаточно широким спектром следов жизнедеятельности:

Teichichmis, Terebellina, Planolites, Chondrites, и Palaeophycus.

Деформативная биотурбация щироко распространена в глинисто-

алевритовых породах васюганской свиты. Под ней подразумевается интенсивная

переработка осадка донными формами организмов часто с уничтожением до

реликтов первичных седиментационных текстур (Schafer, 1972). При этом

выделить отдельные ихнофоссилий, а тем более их идентифицировать, зачастую

практически невозможно.

Для определения условий образования юрских отложений применялись

геохимические данные по содержанию бора, а также отношение содержания

бора к галлию, пиритного железа к органическому углероду.

Наиболее изученным элементом в качестве индикатора солености

является бор. По данным В.Эрнста (1976) его концентрация в морских водах

составляет 4,8, а в речных - 0,01 мг/л. Бор попадает в моря как составная часть

продуктов выветривания и вулканических извержений. Значительное

поглощение слоистыми минералами, в первую очередь гидрослюдой и

глауконитом, а также сильная адсорбция глинистыми минералами

поддерживают равновесие между привносимым и фиксируемым в осадках

бором.

Содержание галлия в глинах различных фациальных зон колеблется в

широких пределах (Кабанова, 1969). Наиболее высокие концентрации галлия (до

0,01%) отмечены в озерно-ледниковых глинах. В целом наблюдается тенденция

к увеличению содержания галлия от морских глин к континентальным.

В настоящее время существует масса данных, порой противоречивых,

относительно концентрации бора и галлия в отложениях различных фациальных

обстановок. М.Кейт и Э.Дегенс (1961) приводят данные среднего состава 15

образцов морских и 15 образцов пресноводных сланцеватых глин

пенсильванской формации (карбон). По их результатам содержание бора и

галлия в морских глинах составляет 0,0115 и 0,0008%, отношение бора к галлию

- 14,38, в континентальных - 0,0044 и 0,0017%, отношение - 2,59. Очень близкие

значения приводят Е.П.Акульшина и др.: содержание бора и галлия в

пресноводных отложениях - 0,0044 и 0,0017% соответственно, в

солоноватоводных - 0,0092 и 0,0014%, в морских - 0,0115 и 0,0008% (Глинистые

минералы..., 1976). Б.А.Лебедев (1967) отмечал возрастание средних значений

содержания бора в юрско-меловых породах Западной Сибири от пресноводных

(0,0044%) к солоноватоводным (0,007%) и нормально-морским (0,0102%). По

данным М.М.Алиева и др. (1975), изучавших юрские отложения Западно-

Сибирской низменности, содержание бора в нормально-морских отложениях

колеблется от 0,012 до 0,0065%, в отложениях слабоопресненного морского

бассейна - 0,0065-0,0045%, значительно или сильно опресненного морского

бассейна - менее 0,0045%. А.В.Ежова (1979) приводит результаты исследования

верхнемеловых пород Западной Сибири, по которым содержание бора в морских

отложениях колеблется от 0,0055 до 0,0067%, галлия - от 0,0020 до 0,0032%,

отношение бора к галлию - от 1,72 до 3,5; в пресноводных отложениях

содержание бора - 0,0027-0,0031%), галлия - 0,0038-0,0044%), отношение бора к

галлию- 0,61-0,81.

Определение баланса аутигенно-минералогических форм железа и

органического углерода впервые было проведено Н.М.Страховым и

Э.С.Золманзон (1955). Их исследования показали, что первичной формой

реакционноспособного железа в момент образования осадка, из которой путем

редуцирования Fe"''^ в Fe^"^ и комбинирования Fe'^ с различными анионами в

диагенезе получалось все разнообразие железосодержащих аутигенных

минералов, были более или менее обводненные гидрогётиты. Поскольку

единственным агентом в осадке, способным к редукции железа, было

органическое вещество, то весьма показательным является сопоставление

баланса аутигенных форм железа с содержанием органического углерода, как

остаточного, ныне присутствующего в породе, так и условного - перчичного,

бывшего в осадке к моменту начала редукции железа. Анализ относящихся сюда

данных показывает, что при одних и тех же массах захороненной органики

аутигенное минералообразование в группе железа шло по разному в

пресноводно-озерных отложениях с водой, бедной SO4", и в отложениях

солоноватоводных и морских водоемов с водой, богатой 804^'.

Для определения особенностей развития келловей-оксфордского бассейна

в Верхнепурском фациальном подрайоне было использовано сиквенс-

стратиграфическое моделирование. Сиквенс-стратиграфия, как метод,

направленный на расчленение осадочных комплексов по генетическом принципу

и восстановление истории развития осадочных бассейнов, получила широкое

распространение во всем мире. Опираясь на теоретическую по сути модель,

первоначально разработанную для генетической интерпретации результатов

сейсморазведки (Seismic stratigraphy..., 1977), сиквенс-стратиграфия лишь в

последние 10-15 лет нашла применение в практической седиментологии (Van

Wagoner et al., 1990; Walker, 1990; Einsele, 1993). В основе сиквенс-стратиграфии

изначально лежало представление, что цикличность осадочных толщ напрямую

связана с эвстатическими колебаниями. В ответ на существенную критику

эвстатического механизма специалисты группы Эксон, разрабатывающие

концепцию сиквенс-стратиграфии, предложили несколько иной подход (Van

Wagoner et al., 1988; Posamentier and Vail, 1988; Posamentier et al., 1988). В

настоящее время ими считается, что основным фактором, определяющими

развитие бассейна, является изменение относительного уровня моря, которое

контролируется эвстатикой, тектоникой и количеством привносимого

осадочного материала. Роль каждого из этих факторов в конкретном районе

может быть различна. Для описания изменений относительного уровня моря ими

был предложен такой параметр, как аккомодация, являющийся функцией от

флуктуации уровня моря, скорости погружения дна бассейна и изменений

объема поступающих с суши осадков (Jervey, 1988).

Терминология и иерархия используемых в сиквенс-стратиграфии

подразделений еще не устоялась. В их образовании значительную роль отводят

колебаниям уровня моря. Для фанерозоя выделяются циклы пяти порядков

продолжительностью от сотен миллионов до десятков тысяч лет. Наиболее

широко принята иерархия подразделений, в которой в нисходящем порядке

рекомендуются мегасиквенс, суперсиквенс, сиквенс и парасиквенс

(Дополнения..., 2000). Основной сиквенс-стратиграфической единицей является

сиквенс, под которым понимается относительно согласная последовательность

генетически связанных слоев, ограниченная снизу и сверху несогласиями или

коррелятивными им согласными поверхностями, образованная за один цикл

колебаний относительного уровня моря (Seismic stratigraphy..., 1977).

Образование сиквенсов, охватывающих весь бассейн седиментации или крупные

его части, обычно связано с циклами второго (10-80 млн. лет) и третьего (1-5

млн. лет) порядка. Более мелкие циклы вьщеляются в качестве парасиквенсов -

мелеюцщх вверх последовательностей слоев (циклов обмеления), ограниченных

поверхностями морского затопления (marine flooding surface). Последовательности

парасиквенсов по вертикали объединяются в пакеты. Выделяются три типа таких

пакетов: проградационные, реградационные и аградационные, которые

характеризуют соответственно наступление, отступление и относительно

стабильное положение береговой линии.

Сиквенсы состоят из трех главных частей - трактов седиментационных

систем (системных трактов), которые представляют собой почти одновременные

латеральные фациальные ряды, образовавшиеся в различных условиях

седиментации, причем особо важное значение имеет положение уровня моря

относительно бровки шельфа (shelf

break).

Нижний представлен либо системным

трактом низкого стояния уровня моря, либо его аналогом - окраиношельфовым