Р а з д ел I. ПРОЦЕССЫ И СТАДИИ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

Глава 1. ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОСАДОЧНЫХ ПОРОДАХ

Осадочные породы покрывают более 3/4 площади материков, они широко развиты на дне океанов, морей и других водоемов, общий их объем по некоторым подсчетам превышает 1,2 млрд. к м 3 . Образование осадочных пород происходит в результате переотложения продуктов выветривания механическим или химическим путем, большой вклад в их формирование вносят живые организмы, определенное количест­ во материала поступает за счет вулканической деятельности. Осадоч­ ные породы существуют в термодинамических условиях верхней части земной коры в определенных границах устойчивости. Верхняя граница устойчивости у поверхности земли определяется зоной выветривания. Переход к метаморфизму в глубинах земной коры определяет нижнюю границу устойчивости. Осадочные породы состоят из минерального вещества, к которому в большинстве разностей добавлено органическое. Посвященные изучению этих важных природ­ ных объектов науки литология и петрография осадочных пород обособились от общей петрографии под воздействием насущной необходимости решения общегеологических вопросов и в связи с новым углубленным этапом изучения полезных ископаемых, прежде всего нефти и газа. Если петрография осадочных пород больше рас­ сматривает вопросы состава и строения пород, то литология посвяще­ на общим проблемам и закономерностям их формирования, преобразо­ вания и разрушения, она служит решению общегеологических проб­ лем.

Весь круговорот вещества в осадочной оболочке (в том числе связи с более глубинными оболочками) объединяется понятием л и т о г е н е з . Учение о литогенезе в наиболее полном виде было разработано Н. М. Страховым (1963 г.). Кроме выветривания (гиперге¬ неза), которое Н. М. Страхов рассматривал как мобилизацию вещества, он выделил перенос (мотогенез), осаждение (седиментогенез), диаге­ нез и катагенез. Не все стадии, выделяемые в литогенезе, являются обязательными. Как уже упоминалось, вещество некоторых пород не испытало переноса и(или) седиментации, для других пород развитие завершилось только диагенезом. Иногда процессы разных стадий тесно переплетаются между собой как, например, на морском дне, где подводное выветривание может быть связано с диагенезом. Ряд ученых рассматривает диагенез и катагенез как собственно литогенез в отличие от вышеупомянутого понимания этого термина в более широком плане. Даже рассматривая отдельно два крупных этапа

8

жизни вещества осадочных пород (седиментогенез и литогенез - как бытие собственно осадочных пород), мы имеем в виду, что в природе существует единый ряд рождения, жизни и разрушения этих образова­ ний.

При разработке теории литогенеза, Н. М. Страхов учитывал два главных фактора, действующих на Земле, - внутренние тектоничес­ кие силы и природную зональность на ее поверхности, проявляющую­ ся в климате. В соответствии с этим он выделил три типа литогенеза по климатическим зонам: гумидный (влажный), нивальный (полярный) и аридный (засушливых областей). Четвертый, выделенный им тип - эффузивно-осадочный является трансзональным, он накладывается на все зоны и обусловливается скорее глубинными тектоническими, преимущественно вулканическими процессами. Гумидный процесс по широте своего развития сейчас наиболее широко развит. Так было и во многие прошедшие геологические эпохи, и поэтому изучению его мы уделяем большое внимание. При этом типе литогенеза в наибольшей мере развиты многие процессы выветривания, переноса и диагенеза. При нивальном типе многие стороны, особенно связанные с химичес­ ким изменением, подавлены, явления физического, механического порядка преобладают. Аридные зоны с их недостатком влаги также не способствуют развитию глубоких химических преобразований, одна­ ко, высокие температуры и испарение приводят к формированию соленосных толщ и в них химизм проявляется в полной мере.

Углубленное изучение океана сильно расширило наши представле­ ния о процессах осадкообразования. Применив тот же диалектический подход, что и Н. М. Страхов, А. П. Лисицын сформулировал свои представления о климатической зональности осадков в океане. Выделив на основе последних своих исследований в целом океанский тип литогенеза (в сугубо окислительной обстановке) в центральных частях океанов, Н. М. Страхов не склонен был расчленять его в преде­ лах дна акваторий по климатической зональности. Действительно, здесь нет таких признаков как наличие соленосных толщ для аридно­ го литогенеза или угленосных толщ для гумидного. Но в океаничес­ ком литогенезе также есть разновидности, что и подчеркнул А. П. Ли­ сицын. В частности, он положил в основу разделения осадков разли­ чия групп тех организмов планктона, остатки которых зачастую образуют основную массу осадков. Этот признак в совокупности с другими критериями (ледовый разнос, критическая глубина карбона¬ тообразования и др.) создает надежную основу для выделения типов седиментогенеза в океанах.

Осадки и осадочные породы состоят из продуктов различного происхождения, среди которых обычно выделяют обломочную, хемо¬ генную, биогенную и вулканогенную составные части. Это условное "деление. В действительности в природе границы очень подвижны и

9

условны, и мы сплошь и рядом встречаем обломочные частицы хими­ чески преобразованные или состоящие из первично биогенных скелет­ ных остатков. Большая группа пород имеет смешанное биохемогенное происхождение, где сказалась роль как самих живых организмов и продуктов их жизнедеятельности, так и химических процессов. В биогенной части осадков и осадочных пород важнейшим составляю­ щим звеном является органическое вещество (живые организмы и отмершие остатки), которое своим присутствием определяет ход многих процессов осаждения, диагенеза и катагенеза, а также являет­ ся исходным материалом для образования всей широкой гаммы каустобиолитов, в том числе нефти, связанного с ней газа, угля и горючих сланцев.

Откуда же берется материал для осадочных пород, каков его баланс на Земле? Ответ на вопрос еще не до конца ясен. Источником этого материала являются прежде всего продукты разрушения первич­ ных материнских пород, их обломки. Сносимый в Мировой океан материал, образовавшийся за счет денудации суши, называется тер¬ ригенным. По данным А. П. Лисицына, за год в Мировой океан поступает 22,6 млрд. т терригенного материала. Обломочный материал, который образуется за счет разрушения возвышенностей на дне морей и океанов и там же отлагается, носит название э д а ф о г е н н о г о . Количество эдафогенного материала мы в настоящее время не можем определить достоверно, так же как и количество материала, поступаю­ щего из эндогенных источников - глубин Земли. Подсчитано, что в результате деятельности вулканов на суше каждый год на поверх­ ность поступает примерно 200-250 к м 3 различного твердого и жидкого материала. Объем газов оценить трудно. Еще труднее учесть тот вулканический материал, который поступает в бассейн при подводных извержениях, а также количество сульфидов солей и других соедине­ ний, выделяющихся из подводных гидротерм.

Совершенно слабо изученным и трудно пока определимым являет­ ся количество того глубинного вещества, которое поступает на дно океанов в зонах спрединга в рифтовых зонах срединноокеанических хребтов. Известно, что система рифтов имеет в настоящее время длину 70 тыс. км. Раздвижение в разных частях этой глобальной системы различное. В северной половине Атлантики оно составляет 3 см в год, в Красноморском рифте - 1,6 см, в Калифорнийском заливе - 5 , 4 см, максимальная величина 18 см предполагаемой в южной части Тихого океана. При этом раздвигании на поверхности дна появляются и вступают в контакт с водой все новые и новые порции базальтов, и масса их должна быть огромна. За счет их разрушения, растрескива­ ния, химического разложения и выщелачивания в процесс осадкообра­ зования вовлекается такое количество вещества, которое пока даже ориентировочно определить трудно. Некоторая часть осадков образу-

10

ется путем химического осаждения. В геологическом прошлом хемо¬ генных образований возможно было больше, чем сейчас. Значитель­ ный объем материала образуется в процессе жизнедеятельности организмов. Остатки скелетов, раковины создают во многих местах мощные толщи. Космического материала, по разным оценкам, на поверхность Земли в год поступает от 7- 8 тыс. до 0,5 млн. т. Количест­ во материала, поступающего в бассейн осадконакопления в настоящее время, и объемы имеющихся осадочных пород с учетом современных объемов, поступающих в год, не вполне сбалансированы. Это связано в первую очередь с крупномасштабными тектоническими движения­ ми, которые переместили, перекрыли большие массы пород, и мы не можем их наблюдать в полном объеме.

Осадкообразование на поверхности Земли неравномерно. Выделя­ ются области повышенных и пониженных темпов накопления осадков. Можно выделить главнейшие области осадкообразования. Поступле­ ние терригенного материала с континентов служит основой для обра­ зования поясов седиментации вокруг них, создается так называемая циркумконтинентальная зональность. А. П. Лисицын выделяет три главных пояса максимального накопления осадочного материала.

Первый пояс связан с рубежом река - море . Интенсивная седимен­ тация приводит к образованию гигантских осадочных линз. Основная масса осадков отлагается в дельтах рек и иногда в далеко выдвинутых в море или океан их подводных частях - авандельтах. Особенно выделяются размерами тела, образованные выносами рек Ганг, Брахмапутра, Янцзы, Хуанхэ и Миссисипи. Протяженность осадочной линзы, созданной реками-чемпионами Ганг и Брахмапутра, превышает 2000 км, а толщина достигает почти 16 км. Известно, какую существен­ ную роль играют выносы Миссисипи для отложений Мексиканского залива. Почти вся осадочная толща под дном Желтого моря сложена материалом, принесенным реками с континента. И в том, и в другом случае эти толщи представляют крупные нефтегазоносные бассейны. Для формирования нефтегазосодержащих отложений существенную роль играли дельтовые образования Волги, Тигра и Евфрата, Нила и других крупнейших рек мира.

Второй глобальный пояс максимумом осажденного вещества тяготеет к континентальным склонам и их подножиям. Здесь одной из основных аккумулятивных форм являются глубоководные конусы выноса, имеющие как и дельты, весьма сложное строение. По-видимо­ му, отложения континентальных склонов и подножий в будущем будут служить важными объектами при нефтепоисках. Областями накопления больших масс осадочного материала вдоль границ конти­ нентов являются окраинные моря.

Третий пояс седиментации, менее четко выраженный, связывается с более глубоководными зонами океанов - желобами и котловинами.

11

В приконтинентальных областях, по А. П. Лисицыну, накапливается до 93% всего терригенного материала. Динамико-седиментационные условия в зонах максимального накопления осадков предопределили существование глубоких компенсированных прогибов, которые мы называем осадочными (или осадочно-породными) бассейнами. Эти бассейны являются родиной горючих ископаемых. В приконтиненталь­ ных областях наряду с терригенным происходит и биогенное образо­ вание мощных карбонатных и кремнистых толщ.

Приконтинентальным областям противопоставляются пелагичес­ кие области, где влияние континентальных источников минимально. Пелагическими мы называем области океанского седиментогенеза, здесь в большинстве случаев очень низкие скорости осадконакопления, частицы очень мелкие по размеру. Органическое вещество для преобразования материала здесь сколь-нибудь существенной роли не играет. Для осадков пелагических зон большое значение имеет биосе­ диментация и биодифференциация вещества, связанная с работой биофильтраторов в толще воды. В результате действия всех механиз­ мов происходит распределение в разрезах основных типов осадочных пород, которых не так уже много. Больше всего развиты глины. Они слагают около половины объема всей стратисферы, и в виде примесей глинистое вещество присутствует во многих других районах. Обло­ мочных, в основном песчаных и алевролитовых пород меньше, - до 17%, карбонатных - 15-20%.

Движущие силы литогенеза разнообразны по своей природе и проявлениям. Влияние внутреннего источника энергии земного шара проявляется в действии силы тяжести и тектонических движениях земной коры. В меньшей степени на осадочные породы воздействует внутреннее тепло Земли.

Второй источник энергии - внешний, это тепловое излучение Солнца. Производной теплового излучения Солнца является энергия живого вещества, играющая огромную роль в образовании осадочных пород. Осадкообразующее значение имеют также силы тяготения, исходящие от Луны и проявляющиеся в приливах и отливах, которые расширяют зону активного воздействия моря на сушу, вызывают появление течений.

Контрольные вопросы

1.В чем состоят задачи литологии, ее положение среди других наук геологическо­

го цикла?

2.Как определить понятие литогенеза? Назовите движущие силы и факторы этих процессов?

3.Каковы источники вещества осадочных пород?

4.Где располагаются главнейшие облает осадкообразования?

12