Тарасов / geokniga-geohistoricaldeodynamicbasinanalysis1999 (1)

Время

Рис. 1.24. Прерывистая последовательность осадочной летописи.

Поверхность осадконакопления в осадочном бассейне постоянно колеблется. Во время накопления осадков она поднимается, во время эрозии опускается. Общая мощ­ ность накопившихся осадков показана в левой колонке, ей соответствуют черные линии на верхнем графике. Перерывы в осадкопакоплении — 1-4.

1 — сохранившиеся отложения, 2 — эродированные отложения, 3 — ненакоплепие отложений.

1.3.2. СИНСЕДИМЕНТАЦИОННЫЕ ПЕРЕРЫВЫ

Существуют перерывы заведомо синседиментационного характера, возникающие в процессе осадконакопления. В настоящем разделе внимание сосредоточено именно на них. Это объясняется следующим:

1)подобные перерывы пока еще недостаточно хорошо изучены и в отличие от предшествующей группы мало освещены в отечественной литературе;

2)так как перерывы этого типа формировались в ходе осадконако­ пления, их изучение может предоставить важную информацию об осо­ бенностях физико-географических условий прошлого;

3)возможность использования их при стратиграфических исследо­ ваниях;

4)возможность установить связь с такими перерывами концентра­ ций полезных элементов.

Подобного рода синседиментационные перерывы пользуются ши­ роким распространением в эпиконтинентальных мелководных толщах. Разрезы этих толщ могут быть в стратиграфическом отношении номи-

56

нативно полны, то есть могут присутствовать отложения всех ярусов и даже иногда и подъярусов. Создается впечатление о хронологической непрерывности разрезов. В действительности же толщи эти отнюдь не являются непрерывными; развитие трех явлений приводит к наруше­ нию их последовательности.

Первое явление заключается в формировании скрытых перерывов, обусловленных фазами ненакопления осадка. Перерывы в этом случае связаны с поверхностями ненакопления. К примеру в толщах пере­ слаивания карбонатных пластов — известняк/мергель, мел/мергель — отделены между собой поверхностями такого рода.

Второе явление приводит к образованию горизонтов «твердого дна», которые весьма многочисленны в разрезах карбонатного типа (рис. 1.25). Иногда в толще верхнего мела Мангышлака, например, можно насчитать около 200 таких горизонтов в стометровой толще [Найдин, Копаевич, 1988].

Третье явление связано с формированием прослоев «глин», воз­ никновение которых связано с подводным растворением карбонатного вещества, но без приостановления процесса седиментации. Такие про­ слои имеют существенно иную природу, чем бентонитовые горизонты и тонкие «глинистые» прослоечки, образующиеся в процессе диагене­ за уже в породе. Прослои «глин» обычно более редки, чем образова­ ния «твердого дна», однако на некоторых интервалах они могут быть довольно часты. Они не являются перерывами, а отвечают моментам резкого снижения темпа осадконакопления и значительно сокращают

мощность отложений.

Образования типа твердого дна (ТД)

Под твердым дном (англ. — hardground, нем. — hartground) пони­ маются поверхности, возникающие на морском дне бассейна с пре­ имущественно карбонатным седиментогенезом при полной остановке или замедлении осадконакопления. В таких условиях мягкие карбо­ натные илы (осадки) литифицируются на глубину иногда в несколько десятков сантиметров, и поверхность дна становится твердой.

Впервые в геологическую литературу термин «hardground» или «твердое дно» (ТД) был введен Л. Кайе в 1897 г. В последние годы эти образования были описаны рядом исследователей, среди которых осо­ бо следует отметить публикации отечественных авторов [Геккер, 1966; Найдин, Копаевич, 1988], а также основополагающие работы западно­ европейских исследователей [Bromley, 1979; Gruszczynski, 1979].

Под ТД понимаются в различной степени литифицированные апи­ кальные участки карбонатных пород, в которых прослеживаются уп-

57

Ш 1 TXTTT1J | 2 3 ^ 4 H Z ]5 Е щ е

Рис. 1.25. Количественный подсчет горизонтов ТД в разрезе кампана мощностью 23 м. Разрезы Сулуканы, Мангышлак, Южный Актау. М: 1:100. По [Найдин, Копаевич, 1988].

/ — ТД, 2 — ТД с сильным ожелезпением, 3 — участки ожелезпемия, 4 — ровные поверхности напластования, 5 — глинистые прослои, б — скопления раковин.

Цифры справа — помер ТД, слева — мощность в см.

58

лотненные участки и отходящие от них различные биотурбационные текстуры: норы и ходы различных организмов. Мощность таких участ­ ков обычно колеблется от 5-8 до нескольких десятков сантиметров. Выделяются кровля ТД — наиболее отвердевшая его часть и поверх­ ность ТД. В стенках обнажений ТД прослеживаются либо отдельными выступающими пластами, либо в виде узловато-ноздреватых прослоев или горизонтов.

Обычно описываемому явлению не придают большого значения, в значительной степени это связано с тем, что ТД отчетливо наблюдает­ ся в хорошо обнаженных регионах.

При прослеживании карбонатных толщ в пространстве выявляют­ ся скользящие поверхности ТД, ограничивающие клиноформные тела, существование которых устанавливается только детальными микропалеонтологическими исследованиями. Существование этих ТД может значительно сокращать мощности карбонатных отложений в не очень удаленных друг от друга разрезах.

Морфологические типы ТД отвечают стадиям их развития. По­ верхности ненакопления и ТД начальной незрелой стадии развития представляют собой «уплотненный» относительно остальных пород прослой мощностью в несколько сантиметров. Поверхности ненакоп­ ления могут к примеру возникнуть на шельфе, когда терригенные осадки транзитом переносятся за его бровку или в зоны осадочного бассейна, испытывающие прогибание. В этом случае обширные шель­ фовые пространства на протяжении нескольких десятков миллионов лет находятся в пассивном состоянии и в их пределах не происходит осадконакопления. На карбонатном шельфе поверхности ненакопления могут возникнуть за счет резкого падения биопродуктивности водной толщи. При этом в разрезе мелководные карбонаты могут сменяться маломощными депрессионными глинистыми отложениями либо по­ верхностями ненакопления. Перерывы такого рода улавливаются биостратиграфическими, преимущественно микропалеонтологическими данными, а сейсмостратиграфия позволяет установить присутствие (некогерентные) или отсутствие (когерентные отражения) размыва [Шлезингер, 1998].

Незрелые ТД имеют обычно имеют ровную или слегка волнистую поверхность. Хорошо выражены ТД, когда в их кровле появляются следы жизнедеятельности роющих животных (рис. 1.26, I). Норы обычно вертикальны или несколько наклонены и проникают в осадок на глубину нескольких сантиметров. У более зрелых стадий ТД норы начинают ветвиться (рис. 1.26, II, III), эта фаза часто фиксируется на­ личием над поверхностью ТД прослоев с «очковой текстурой» (рис. 1.26, IV).

59

ТД зрелой стадии, как правило, прекрасно видны в обнажениях. Мощность отложений, относимых к ТД, определяется глубиной проник­ новения нор роющих организмов и может достигать 30^40 см. Поверх­ ность ТД может быть двух основных типов: первый тип — относитель­ но ровная или с незначительными углублениями, происхождение кото­ рой связано с действием придонной динамики или с деятельностью ор­ ганизмов; второй тип — поверхность заметно неровная бугристая, что особенно характерно для размытых ТД (рис. 1.26 IV). На поверхностях ТД наблюдается широкое разнообразие эпибионтных организмов.

Протяженность ТД. В литературе уже известны материалы ис­ пользования ТД при сопоставлении достаточно удаленных разрезов. Так, во Франции ТД, приуроченные к совершенно определенным стра­ тиграфическим уровням, прослежены на западе Парижской впадины и прилегающей к ней части Армориканского массива [Juignet, 1980], в Парижской и Аквитанской впадинах [Francis, 1984]. Корреляция разре­ зов туронского мела в пределах значительной площади Южной Англии также осуществлена при прослеживании ТД [Bromley, Gale, 1982]. В пределах Западного Внутреннего бассейна США отдельные горизонты ТД отмечены на одних и тех же уровнях на расстоянии до 700 км [Hattin, 1971].

60

Стадии развития ТД. ТД возникает при нарушении равномерного процесса поступления на дно карбонатного материала. Главным фак­ тором в их формировании была продолжительность полной остановки или замедления процесса осадконакопления при активном участии донных организмов. Имеющиеся материалы по ТД различных регио­ нов и различных стратиграфических интервалов позволяют наметить следующую последовательность их формирования.

В результате выноса находящегося во взвешенном состоянии осадочного материала поступление его на дно либо полностью пре­ кращается, либо существенно сокращается, и возникают поверхности ненакопления. Возникновение поверхностей ненакопления дополня­ лось процессами уплотнения осадка, при этом мягкий ил стабилизиру­ ется и закрепляется некоторыми организмами, и возникают «твердые корки». На них впоследствии могли поселяться представители бенто­ са. Площадь уплотненной поверхности в дальнейшем могла значи­ тельно расширяться. Следующая фаза — это поселение на уплотнен­ ной поверхности роющих организмов. Этой стадией завершается н а ­ ч а л ь н а я н е з р е л а я с т а д и я р а з в и т и я ТД (осадки еще слаболитифицированы).

Во время формирования ТД зрелой стадии продолжает развивать­ ся система нор роющих организмов, которые могут иметь самую раз­ личную ориентировку — от практически горизонтальных, параллель­ ных поверхности осадка до в различной степени наклонных, почти вертикальных. Глубина проникновения нор ограничивалась незатвер­ девшим осадком и содержанием в нем питательных веществ. Обычно проникновение организмов в глубь не превышает 30-40 см. Ползаю­ щие и прикрепленные организмы (мшанки, черви, иглокожие, дву­ створчатые моллюски) на поверхности ТД могут появляться еще на начальных стадиях развития, но более обычны для зрелых. З а к л ю ­ ч и т е л ь н а я с т а д и я развития многих ТД — размыв их верхней части. В результате кровля ТД оказывается сильно расчлененной, в стенке обнажения видны фрагменты кровли, окрашенные окислами железа в желто-бурые тона. Иногда поверхность зрелого ТД напомина­ ет горизонт обломков, однако обломки всегда ориентированы вверх и всегда просверлены камнеточцами.

Повторяемость и продолжительность формирования ТД. Полу­ ченные на конкретном мангышлакском материале оценки по повто­ ряемости горизонтов ТД показывают, что в среднем ТД следуют через каждые полметра. Если мощность кампанских и маастрихтских отло­ жений в разрезе Аксыиртау составляет 350 м [Найдин и др., 1988], а суммарная продолжительность этих веков по шкале У. Хараланда [Harland et al., 1982] равна 18 млн лет, то в таком случае ТД следуют в

61

среднем через 25 700 лет. В кампанском мелу разреза Сулукапы мощ­ ностью 75 м повторяемость ТД, согласно этим шкалам, составляет 73 000 лет. Безусловно, полученные оценки носят весьма приближен­ ный характер. Во-первых, не всегда возможно учесть должным обра­ зом присутствие скрытых перерывов, которые в значительной степени сокращают мощность отложений; во-вторых, абсолютная продолжи­ тельность веков по разным шкалам весьма различна. Несмотря на свою приближенность, эти оценки дают представление о масштабе яв­ ления: образования типа ТД повторяются в карбонатных разрезах кампана и Маастрихта через несколько десятков тысяч лет. Полученные данные согласуются с периодичностью возможных дробных эвстатических колебаний уровня Мирового океана от 10 000 до 100 000 лет [Kendall, Schlager, 1982].

Продолжительность формирования ТД колеблется в значительных пределах. Действительно, имеющиеся данные свидетельствуют, что карбонатные илы литифицируются достаточно быстро, этот процесс мог занимать всего несколько сот, а иногда даже десятков лет. Однако в данном случае литификация не может являться мерилом времени фор­ мирования ТД. Если карбонатные илы литифицируются быстро, то по­ верхности ТД могли не перекрываться осадком и короткий, и весьма длительный промежуток времени. Продолжительность экспозиции ТД можно оценить по стадии его развития. Так, ТД начальной стадии бы­ стро перекрывались осадком, об этом свидетельствуют ходы роющих организмов, прослеживающихся как выше, так и ниже изучаемой по­ верхности. Такие ходы могли возникать только в не сильно уплотнен­ ном осадке. Поверхности ТД зрелой стадии обнажались на дне бассей­ на более длительное время, продолжительность была тем больше, чем полнее развито «твердое дно». Наиболее длительное время не пере­ крывались осадком поверхности размытых ТД. После возникновения нор роющих организмов они в той или иной степени размывались и расширялись, затем в них поселялись сверлильщики, и лишь после этого норы заполнялись новой порцией осадка. Еще один критерий определения длительности формирования ТД — это их площадная протяженность: чем на большей территории они прослеживаются, тем они более длительны.

При определении стратиграфического интервала длительности формирования ТД ведущая роль принадлежит микропалеонтологическим данным (рис. 1.27). Мало того, материал из нор может в ряде случаев установить существование в разрезе отложений, которые впо­ следствии были размыты.

Происхождение ТД. Горизонты ТД приурочены главным образом к карбонатным толщам, особенно часты они в последовательности пис­

62

чего мела или в толщах переслаивания мела и мергелей. Для этих по­ род характерны следующие особенности:

1)весьма высокая карбонатность (СаСОз до 95-98 %);

2)тонкая дисперсность (частиц <0.01 мм более 50%, а в писчем мелу нередко до 90 %);

3)чередование эпизодов слабой и сильной цементации осадков;

4)высокая степень биотурбации.

Рис. 1.27. Оценка величины некоторых стратиграфических гиатусов, связанных с ТД.

а — внутри верхнего турона; б — ТД па границе нижний/верхний сайтом и гиатус, установленный по микропалеонтологическим данным внутри верхнего сантопа. 1 — глинистый прослой, 2 — величина гиатуса, установленного по палеонтологическим данным, 3 — отложения отсутствуют.

Главным ведущим фактором в развитии первичной литификации карбонатного осадка еще на дне моря являлось, по-видимому, запол­ нение пор хемогенным карбонатом кальция, для которого наиболее благоприятны теплые воды. Именно этим объясняется более интен­ сивная цементация осадка в современных тропических бассейнах. В то же время в современных морях и океанах возникают и возникали тол­ щи, представленные чередованием несцементированных и сцементи­ рованных прослоев. Например, такие толщи обнаружены в голоцене Персидского залива. Следовательно, не существует прямой связи меж­ ду возрастом отложений и степенью их литификации.

Чередование прослоев различной степени отвердения в толщах верхнего мела Западного Внутреннего бассейна США Д. Хэттин [Hattin, 1971] объясняет периодичностью поступления осадочного мате­

63

риала из областей современных Скалистых гор: во время относительно обильного привноса обломков формировались глинистые известняки (shaly limestone), а при его отсутствии — чистые мелоподобные из­ вестняки (chalky limestone). Последние отвердевали быстрее и полнее, чем карбонатные осадки, содержащие обломочный материал. Подоб­ ное объяснение чередования прослоев различной степени отвердения не всесторонне объясняет возникновение горизонтов ТД.

Существуют еще по крайней мере два варианта возможного воз­ никновения такого рода образований. Первым может быть механизм, связывающий появление в разной степени литифицированных образо­

для осаждения из воды цементирующего осадок карбоната кальция и, следовательно, эпизодам потепления соответствуют участки разрезов с большим количеством горизонтов ТД.

В то же время некоторые исследователи связывают образование ТД в позднемеловых карбонатных толщах с э т а п а м и о б м е л е н и я моря, когда возрастала интенсивность течений и повышалась темпе­ ратура придонных вод. При этом смена фаз относительного углубле­ ния и обмеления объясняется п р о ц е с с а м и э в с т а з и и, т. е. к о ­ л е б а н и я м и у р о в н я М и р о в о г о о к е а н а [Juignet, 1980; Francis, 1984; Найдин, Копаевич, 1988].

Если остановиться на последнем, эвстатическом варианте, то в та­ ком случае можно регистрировать дробные колебания уровня Мирово­ го океана с амплитудой несколько десятков тысяч лет.

Оба варианта в равной степени возможны, тем более что и клима­ тические флуктуации тесно связаны с эвстазией. Проблема периодич­ ности горизонтов ТД — это в значительной мере проблема п е р и о - д и т о в в целом. В итоге, если рассматривать появление ТД в карбо­ натных разрезах как проявление процессов ритмичности, то возможно их образование под воздействием обоих факторов, так как и те, и дру­ гие вызваны периодическими вариациями астрономических факторов [Найдин, Копаевич, 1988, с. 71].

«Глинистые» прослои в карбонатных толщах

В карбонатных толщах мел-мергельного состава часто встречаются прослои, которые условно названы здесь глинистыми. При макроско­ пическом изучении они диагностируются как глины сильно карбонат­ ные. Обычная их мощность до 10, реже до 20-30 см. В некоторых мес­ тах они ветвятся, распадаясь на несколько тонких прослоев (рис. 1.28). Подобного типа прослои довольно часты в некоторых интервалах кар-

64

Кызылсай

Терминальный Маастрихт

Г5

ТД

3- ТД

ТД

2 - Г4

ГЗ

ТД

Г2

1 -

ТД

Г1

0 J

Рис. 1.28. Распределение глинистых прослоев в верхнем кампане раз­ реза Емды-Курган и в верхнем Маастрихте разреза Кызылсай.

1 — мел; 2 — известняки.

бонатных толщ. Ниже и выше прослоя «глин» наблюдаются «переход­ ные зоны», представляющие собой карбонатную матричную породу с тончайшими волосовидными «глинистыми» прослоечками. Под мик­ роскопом «глины» представляют собой фораминиферовые известняки с содержанием СаС03 от 30 до 78 %. Глинистая составляющая, иссле­ дованная с помощью рентгенодифрактометрического анализа, пред­ ставлена преимущественно кальциевым монтмориллонитом, макси­ мальное содержание которого достигает иногда 100 %. Наблюдаемые в шлифах раковинки фораминифер сильно разрушены до еле узнавае­ мых следов, остатков отдельных камер и полостей. Обломки макро­ фауны с капьцитовым скелетом также подвержены процессам раство­ рения. Некоторые «глинистые прослои» могут содержать гидрослюды (до 20 %) и хлорит (5-15 %).

Интересны микропалеонтологические данные, полученные при изучении распределения фораминифер и кальцисферулид во вмещаю­ щих породах и «глинистых» прослоях. При приближении к прослою снизу достаточно быстро возрастает процент содержания в составе микроорганизмов раковин планктонных фораминифер (ПФ) и кальци­ сферулид. В самих «глинах» ПФ и кальцисферулиды почти полностью исчезают (рис. 1.29). Незначительные сохранившиеся раковинки несут на себе явные следы растворения. Растворением затронуты в значи­ тельной степени и раковинки бентосных фораминифер (БФ), среди ко-