Часть II

СТРУКТУРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

Раздел первый

ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

А. ПЕРВИЧНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ФОРМЫ

Глава V

СЛОИСТАЯ СТРУКТУРА В ЗЕМНОЙ КОРЕ

§ 14. Слой и фация

Наиболее характерной особенностью осадочных горных пород является их залегание в виде слоев. Слой представляет собой основной элемент осадочной оболочки земной коры.

Слоем, или пластом ^, называется геологическое тело плито­образной формы сравнительно небольшой толщины и значительной протяженности, которое образовано осадочной породой, отлича­ющейся по каким-либо признакам (по возрасту, составу, цвету и другим особенностям) от смежных слоев разреза. Однако строго плитообразная форма не всегда выдерживается, особенно если слои рассматривать в площадном распространении, когда изме­няются его толщина (мощность) и протяженность. Равным обра­зом, состав, окраска, текстура и некоторые другие отличительные признаки слоя также непостоянны. Например, литологический состав может меняться не только по Простиранию, но даже в одном разрезе. Иногда в нижней части слой состоит из более крупных частиц, чем в средней, а вверху - из самых мелких. В целом эти изменения не так уж велики и слой на некоторой площади сохра­няет параллельность ограничений и свою внутреннюю однород­ность. Поэтому названия слоев дают по основному литологиче­скому и дополнительным (окраска, текстура, зернистость и др.) признакам. Например: слой глины, слой известняка, слой песка; слой бурой глины, слой синей глины, слой пестрой глины; слой плотного (массивного) известняка, слой трещиноватого известняка и т. п.

Многие слои расчленены на очень тонкие (от долей до единиц сантиметров) прямые или неправильной изогнутой формы слойки. В одних случаях они различаются по цвету или по небольшим колебаниям состава породы (обычно гранулометрического), в дру­гих - при полной однородности слоя они выделяются по поверх­ностям отслоения.

к о 8

с л о

Нор~'альный

Подош6а

к о 8

с л о

Нор~'альный

Подош6а

.J!P.. о!!!!, J!.PtE~1!!!! '!­

ан

У каждого слоя (пласта) различают подошву, кровлю и мощ­ность.

Подошва - наиболее древняя часть слоя, стратиграфически нижняя его поверхность. Кровля - наиболее молодая его часть, стратиграфически верхняя поверхность (рис. 11).

Рис. 11. Элементы слоя. Мощность слоя:

т - истинная. а - видимая; β - угол среза при выходе слоя на поверхность

Следует под­черкнуть, что эти два элемента слоя устанавливаются по страти­графическому признаку. Так, при нормальном (первичном) и наклонном (слабо нарушенном) залегании кровля слоя будет вверху, а при опрокинутом и перевернутом залегании - внизу:

Мощность - толщина пласта (т) - расстояние между подошвой и кровлей. Когда говорят о мощности слоя, то подразумевают его истинную мощность, кратчайшее расстояние между подошвой и кровлей - величину постоянную, в отличие от видимой мощ­ности ^ (а) - величины переменной, зависящей от угла среза пластов при выходе их на поверхность, т. е. в обнажениях (β). В тех случаях, когда мощность слоя измеряется по горизонтальной линии, говорят о ширине выхода пласта в плане, являющейся разновидностью видимой мощности. Кроме того, различают полную мощность, измеренную от кровли до подошвы слоя, и не полную мощность, характеризующую не весь слои, а лишь некоторую его часть, тогда как другая часть слоя либо вообще отсутствует (при размыве кровли слоя), либо недоступна прямому наблюдению и измерению (например, часть слоя прикрыта осыпью в низах обна­жения или не вскрыта эрозионным срезом - рис. 12). Истинная мощность слоя чаще составляет несколько метров, но может быть и несколько сантиметров и свыше десятка метров.

Рис. 12. Типы мощности горизонтального слоя в обнажении:

m_п - истинная полная; a_{п -} видимая пол­ная; т_н - истинная неполная; a_н - види­мая неполная

Тонкие (первые единицы и доли сантиметров) слои, залега­ющие либо внутри более мощного слоя, либо между слоями слоистого комплекса и играющие подчиненную роль в его строении называются прослоями, прослойками или пропластками. Например, прослои песка в глине; глина с прослойками песка. Некоторые прослои могут состоять из еще более тонких слойков.

Постепенное или резкое уменьшение мощности слоя до его исчезновения называется выклиниванием. Выклинива­ние может быть первичным, когда оно связано либо с прекраще­нием отложения осадка (стратиграфическое, или собственно вы­клинивание), либо с фациальной изменчивостью (фациальное вы­клинивание), и вторичным, являющимся результатом либо по­следующего размыва ранее отложившегося слоя (денудационное выклинивание), либо горизонтального растяжения и разрыва слоя при складкообразовании (тектоническое выклинивание). Слой, быстро выклинивающийся во всех направлениях, называется линзой. При размыве или растяжении (сжатии) какой-то части слоя говорят о неполном выклинивании; в последнем случае такое выклинивание называют пережимом (рис. 13). Неполное выклинивание (рис. 14), связанное с размывом, может быть сингенетиче­ским (размыв происходит одновременно с отложением слоев) и эпигенетическим (размыв происходит после отложения слоев).

Рис. 13. Элементы слоя и случаи его выклинивания. По Н. И. Буялову

1 – элементы слоя; 2 – неполное выклинивание слоя (пережим); 3 - быстрое выкли­нивание слоя; первичные выклинивание (стратиграфическое): 4 и 5 - фациальное, 7 - исчезновение поверхностей напластования вследствие фациальных изменений; вторичное выклинивание; 6 – денудационное, 8 - тектоническое

Рис. 14. Типы неполного выклинивания: а – сингенетический, б – эпигенетический. По М. А. Усову. 1 – пласт угля; 2 – породы кровли угольного пласта; 3- более молодые несогласно залегающие породы.

В большинстве случаев слои обладают значительной протя­женностью и устойчивостью. Свойства слоя сохранять известное постоянство в земной коре и параллельность нижней и верхней поверхностей используются при измерениях и геометрических построениях элементов осадочной толщи, например при составле­нии разреза по геологической карте. Будучи основным элементом слоистости осадочных толщ, т. е. исходной стратиграфической единицей осадочной оболочки земной коры, слои характеризуют собой определенный, хотя и небольшой промежуток времени образования этой оболочки. Следовательно, если исходить из принципов стратиграфии, слой на площади распространения должен иметь одинаковый возраст независимо от изменений состава, обусловленных различиями палеогеографической обста­новки накопления осадка в разных частях этой площади (рис. 15).

Рис. 15. Схема смещения фациальных зон и образования слоев при трансгрессии (1) и регрессии (11)

1 - галечники; 2 - пески; 3 - глины; 4 – известняки; 5 - подстилающая порода; 6 - профиль морского дна и поверхности суши; 7 - границы одновозрастных слое в периоды относительного положения уровней моря 1- V; 8 - границы фаций. Поло­жение береговой линии в начале трансгрессии (Т) и в конце регрессии (P). Т-Т' и Р-Р' – линии вертикальных разрезов

Приведенное выше понятие слоя (когда слой не имеет геогра­фического названия, в противном случае он выражает вспомога­тельную единицу регионального значения - часть горизонта) является наиболее распространенным. Однако некоторые геологи рассматривают слой как геологическое тело, литологически одно­родное, отдельные части которого имеют различный возраст, изменяющийся в направлении, поперечном по отношению к древ­ней береговой линии. Такое определение слоя сближает его с по­нятием «геологическая осадочная фация» (ископаемая). Границы тела при этом занимают секущее положение по отношению к слои­стости, и оно не имеет ярко выраженных подошвы, кровли и эле­ментов залегания.

Геологической осадочной фацией (лат. facies - внешний вид, лицо) называют осадочные образования с комплексом сходных литологических, палеонтологических, гранулометрических, струк­турно-текстурных, геохимических и ряда других признаков, от­ражающих физико-географические и геотектонические условия накопления и диагенеза осадка. Различают фации современных осадков и фации ископаемые, которые объединяют фации морские, лагунные и континентальные. Среди морских, например, выде­ляют фации прибрежные, мелководные и глубоководные с после­дующим более дробным их делением. Кроме глубины зоны бассейна осадкообразования фации классифицируют по температуре воды, солености, гидрохимическим особенностям среды отложения и другим признакам.

Фации нередко рассматривают либо со стороны ее веществен­ного, литологического состава (литофация), либо со стороны за­ключенных в ней фауны и флоры (биофация). Подобное разделение учитывает лишь один из названных признаков, хотя и преобла­дающий в облике фации. Между тем каждая фация характеризуется двумя компонентами - лито­логическим и биологическим, в рав­ной степени зависящими от обста­новки образования.

Могут быть различные фации одного возраста и сходные фации различного возраста (рис. 16).

Рис. 16. Литологически однотипные разновозрастные фации (известняк в слоях К₂ и Р₂) и разнотипные одновозрастные фации (глина, песок и нефтеносный песок в слое Р₁)

Следовательно, при изучении слоистой структуры важно фациальные изменения, объясняющие сложные вопросы стратиграфии, например изменения состава и мощности слоев, условий их образо­вания и т.п., и часто раскрывающие особенности формирова­ния и залегания месторождений различных видов полезных ископаемых (типы залежей подземных вод, нефти, газа, рос­сыпных месторождений и др.).