Историческая геология / Учебники / ИСТОРИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ

Фации дельт

Наиболее сложный комплекс фаций развит в дельтах и вызван сложным сочетанием речных прибрежно-морских фациальных условий (рис. 20).

Рис. 20. Реконструкция дельты (а) и профиль (б) прибрежно-морских отложений каменноугольного возраста на юго-востоке Северной Америки (заимствовано у Е.В.Владимирской и др., 1985) /- дельтовая равнина; //- подводный склон дельты; ///- донный участок дельты; IV- активно на- растающая дельта; V - брошенная дельта; / - песчаники; 2 - алевролиты и аргиллиты; 3 - ископае-

мые почвы; 4 - известняки

: Осадки аллювиально-морские формируются под влиянием речного стока и могут далеко про- никать в морской бассейн - на расстояние до нескольких сотен километров. Эти осадки характе- ризуются пестротой фаций и быстрой их сменой по простиранию и в разрезе.

Осадки эстуариев близки к осадкам подводной части дельты.

Органические остатки в осадках дельт и эстуариев представлены смесью пресноводных, со- лоноватоводных и морских организмов; многочисленны остатки наземных растений. В отложени- ях дельтовой равнины преобладают остатки пресноводных и наземных организмов; при продви- жении в глубь моря начинают преобладать солоноватоводные формы. На данном участке дельты основную роль играют морские организмы, однако среди них не встречаются чутко реагирующие на изменение солености кораллы, иглокожие, головоногие моллюски.

Фации заливов, лагун и внутриконтинентальных бассейнов

Эти фации во многом определяются физико-географическими условиями (климат, наличие впадающих рек, степень изоляции от моря). Наиболее важными особенностями таких бассейнов являются их мелководность и ненормальная соленость. Во влажном климате и при поступлении речной воды эти бассейны становятся солоноватоводными; в засушливом климате, когда количе- ство атмосферных осадков не восполняет испаряющуюся воду, развивается осолонение. Кроме того, степень солености может меняться от сезона к сезону.

42

Для рассматриваемых бассейнов характерны мелкозернистость и горизонтальная слоистость отложений, а также однообразный состав органических остатков. Из терригенных осадков рас- пространены пески, алевриты, глины, хотя в прибрежных частях бассейнов могут встречаться также гравий и галечник. Хемогенные эвапоритовые осадки широко развиты в осолоненных бас- сейнах, это разнообразные соли (сильвин, галит, мирабилит и др.), гипс, ангидрит. В некоторых бассейнах отлагаются карбонатные илы. При определенных условиях могут накапливаться желе- зистые, бокситовые и марганцевые осадки. Органогенные отложения состоят из остатков эвригалинных организмов (пелеципод, гастропод, мшанок и др.) и разнообразных водорослей, в том числе кремнистых и известьвыделяющих. При заболачивании лагун и озер появляются торфяники. В застойных участках бассейнов развиваются восстановительные условия, здесь могут образоваться сапропелита.

Континентальные фации

Континентальные фации генетически очень разнообразны и в большой степени зависят от рельефа местности, тектонических движений, многих химических факторов и т.д. Особую роль играют климатические условия, так как при одинаковом рельефе (долина реки, подножие склона и др.) возникают разные фации в условиях разного (аридного, субарктического и т.п.) климата. Из древних континентальных фаций легче восстанавливаются фации областей аккумуляции, зани- мавшие пониженные части рельефа. Однако значительная территория континентов является обла- стью размыва и выветривания. Восстановление фаций таких областей проводится главным обра- зом по результатам изучения прилегающих к ним территорий, на которых отлагались продукты разрушения, а также на основе исследований кор выветривания. Определение синхронности кон- тинентальных фаций затрудняется частыми размывами и переотложениями осадков, а также бед- ностью и однообразием органических остатков. Большую роль в стратиграфии континентальных отложений играют споры и пыльца наземных растений.

Каждая крупная физико-географическая обстановка (речная долина, область пустынь, приледниковая равнина и т.д.) может быть охарактеризована определенным набором фаций - их парагенетическим рядом. На площади этих многочисленных фаций формируются определенные отложения - генетические типы: лимнические, делювиальные, аллювиальные, гляциальные, флювиогляциальные, эоловые и т.д.

Они включают группы фаций водных потоков, озер, болот, источников.

Фации водных потоков (временных или постоянно действующих - речных). Для них харак- терны терригенные осадки с косой слоистостью, поверхностями размыва, значительной изменчи- востью, с редкими остатками растений и пресноводных организмов, а также костей наземных животных. При благоприятных условиях эти накопления могут достигать большой мощности и занимать значительную площадь.

Наиболее типичными образованиями временных потоков являются конусы выносов предго- рий. Грубообломочный плохо окатанный материал (пролювий), сносимый временными потоками к подножию горной страны, формирует предгорную равнину.

Отложения речных фаций широко распространены среди континентальных осадков. Реки являются главнейшими агентами переноса продуктов разрушения суши в водные бассейны. При транспортировке часть осадков остается в речной долине. Речные отложения представлены раз- ными генетическими типами, замещающими друг друга во времени и пространстве. Выделяют группы отложений русловых, береговых, паводковых площадей.

Отложения паводковых площадей образуются на самых низких участках пойм, выполняющих роль отстойных бассейнов, в которых откладываются взвешенные тонкозернистые осадки (алевриты и глины). Осадки образуют серии, внутри которых наблюдается уменьшение зерен сни-

43

зу вверх. Встречаются остатки пресноводных моллюсков и костей позвоночных животных. На по- верхностях пластов часты трещины усыхания.

Озерные (лимнические) фации довольно разнообразны и зависят от происхождения озера, климата и рельефа района, а также от количества поступающих осадков. Общими признаками озерных отложений являются замкнутость контура их распространения и зональное распределе- ние осадков. В зоне прибоя у берега откладывается наиболее крупнозернистый материал, глубже

—мелкозернистый, в зоне ниже волнового базиса- самый тонкозернистый.

Наиболее распространены обломочные и в меньшей степени хемогенные и органогенные отложения. Из терригенных осадков преобладают пески, алевриты, пелиты. Хемогенные осадки могут быть представлены известняками, железистыми и марганцевыми соединениями, бокситами. Среди органогенных озерных отложений в застойных частях озер может образовываться сапропель, а при зарастании озера часто появляется торф.

Болотные фации возникают на влажных плохо дренируемых равнинах и на месте зарастаю- щих озер. Наиболее типичным болотным образованием является торф; обычно он Чередуется с маломощными глинистыми прослоями. В осадках встречаются стяжения и прослои железистых соединений. Известны месторождения озерно-болотных железных руд.

Фации, связанные с деятельностью ледников

Наиболее мощные ледниковые отложения обычно возникают при отступании или временной остановке ледника. Транспортируемый ледником материал сгружается в виде конечной морены; затем осадки подвергаются воздействию вод, появляющихся в большом количестве при таянии ледника. Оставшиеся после отступания ледника отложения могут быть существенно переработа- ны водными потоками.

Ледниковые отложения разделяются на два основных типа.

1.Не переработанные водой - гляциальные - отложения образуют морены. Они отлагаются непосредственно ледником и представлены валунными глинами и суглинками (тиллями); литифицированные их разности называются тиллитами. Тилли и тиллиты состоят из

неотсортированных обломков, размер которых колеблется от валунов или крупных блоков до песчинок. Слоистость не

развита; сортировка и ориентировка обломков отсутствуют. Состав обломков разнообразней; их поверхность часто несет следы притертости и штриховки; характерны обломки утюгообразной формы. Органические остатки не характерны.

2.Переработанные водой - флювиогляциальные - отложения широко развиты за пределами ледника и морен. Сортированность этих отложений гораздо лучше; характерна горизонтальная и косая слоистость; материал представлен преимущественно песчаными и глинистыми разностями.

Вприлегающих к леднику областях (в отложениях озов, камов и т.д.) среди слоистых пачек пород присутствуют линзообразные прослои неслоистых осадков. В более удаленных от ледника облас- тях при континентальном оледенении формируются ледниковые зандровые равнины. Породы здесь характеризуются косой слоистостью, грубой зернистостью и относительно плохой сортировкой. Важным спутником ледниковых отложений являются ленточные глины,

образованные в спокойных пресноводных озерах, развивающихся на зандровых равнинах. Материал имеет лен

точную слоистость, вызванную сезонными изменениями условий.

Фации пустынь

Пустыни бывают каменистые, песчаные и глинистые. Отложения пустынь формируются в специфических условиях бессточных областей, где испаряется влаги больше, чем выпадает осад- ков; резко преобладает физическое выветривание, а вода активизирует микрохимические процес- сы. Ветер в пустынях является важнейшим геологическим агентом. Мелкозернистый материал (алевритовый, глинистый) под действием ветра легко удаляется из осадка и переносится на значи-

44

тельные расстояния. Пустыни наиболее широко распространены в тропических и субтропических областях, но встречаются полярные и горные пустыни. Выделяются многочисленные пустынные группы фаций (преимущественно песчаные). Осадки пустынь развиты на значительной площади, но имеют небольшую мощность.

ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИЕ КАРТЫ

Палеогеографические реконструкции широко используются не только в обобщающих геоло- гических трудах и учебниках, но и при детальных, в том числе поисковых, работах.

Палеогеографические карты отличаются от географических прежде всего тем, что географи- ческая карта составлена на конкретный момент, а на палеогеографических картах отражена в обобщенном виде география земной поверхности, существовавшая на протяжении нескольких миллионов лет. За это время неоднократно сменялись и перемещались не только фации, но и ком- плексы фаций. При построении палеогеографических карт одной из главных задач является как можно более точная синхронизация отложений различного генезиса, поэтому карты составляются на детальной стратиграфической основе. Для создания карт требуется сеть хорошо изученных разрезов, по которым проведен комплексный фациальный анализ.

Палеогеографические карты строят на современной топооснове, используя все геологические и палеонтологические данные, которые можно нанести на карту. Ввиду малочисленности фактов палеогеографические карты весьма гипотетичны. Палеогеографические карты делают более мел- кого масштаба, чем у исходных геологических карт, и используют их на практике как основу для прогнозирования поисков полезных ископаемых.

Палеогеографические карты составляют в определенной последовательности. Прежде всего, в разрезах естественных обнажений и в скважинах устанавливают и выделяют на изучаемой пло- щади стратиграфическую единицу, соответствующую выбранному этапу геологической истории. Отмечают площади отсутствия пород данного возраста. Затем выделяют фации и указывают их литологические и палеонтологические особенности. Результатом этого этапа работ является карта фаций. В дальнейшем, проведя фациальный анализ, от фаций переходят к палеогеографии: вос- создают физико-географическую обстановку прошлого не только в области накопления осадков, но и обязательно в области размыва. Часто, как конечный результат палеогеографических иссле- дований, составляют совмещенные карты фаций и палеогеографии, называя их литолого- палеогеографическими картами. На них прежде всего выделяют области суши и моря. Реконструкцию древних морей начинают с восстановления береговой линии - ее положения, конфигурации, а если возможно, определяют переходную зону от суши к морю, в пределах которой в течение рассматриваемого этапа находилась береговая линия. Затем устанавливают глубину палеобассейна и рельеф дна, обычно выделяя геоморфологические элементы (шельф, континентальный склон) или биономические области (литораль, сублитораль), восстанавливают соленость и температуру воды, газовый режим бассейна и, наконец, характер движения воды (зоны волнения, морские течения, в том числе приливно-отливные и т.п.).

Реконструкция древней суши складывается из установления области размыва и аккумуляции осадков. Указывают общее направление сноса обломочного материала из зон размыва в зону аккумуляции (рис. 21).

На литолого-палеогеографических картах обычно показывают мощности пород, сформиро- ванных в рассматриваемый этап геологической истории, которые указывают либо в отдельной точке, либо линиями равных мощностей (изопахитами). Анализ мощностей позволяет восстано- вить характер вертикальных (колебательных) движений литосферы.

Литолого-палеогеографические карты несут богатую информацию. Соответствующими знач- ками на них отражают литологический состав первичных осадков, а также дополнительные при- знаки, указывающие на условия осадкообразования (угленосность, красноцветность, присутствие глауконита и других минералов, наличие органических остатков). Часто отмечают значками полез-

45

ные ископаемые, приуроченные к этому интервалу разреза. Палеогеографию прошлого показыва- ют цветом, причем в тех же красках, какие приняты на обычных физико-географических картах.

Достаточно даже беглого взгляда, чтобы увидеть отличие палеогеографической карты от гео- графической, особенно в изображении суши, так как определение характера древней суши - зада- ча чрезвычайно сложная. При выяснении рельефа обычно учитывают характер продуктов разру- шения, накапливавшихся на соседних территориях, тектонический режим, положение рассматри- ваемого района. Существование высоких гор доказывается, в частности, наличием грубообломочных образований подножий. Строение древних равнин и низменностей восстанавливают по на-

Рис. 21. Палеогеографическая карта центральных районов Русской плиты в раннем карбоне (А.И.Осипова, Р.Ф.Геккер, Т.Н.Вельская, 1971, с изменениями. Заимствовано у Е.В.Владимирской и др., 1985) / -

области размыва; 2 - суша с накоплением осадков; зоны: 3 - прибрежно-континентальная, 4 - чередующихся континентальных и морских фаций, 5 - прибрежное мелководье, 6 - мелководье с накоплением карбонатных илов, 7 - открытого моря, 8 - скопления кораллов, криноидей; 9 - границы зон; фауна (эврифациальные формы показаны черными значками): 10 - одиночные ругозы, // - колониальные ругозы, 12 - лингулы, 13 - другие эврифациальные брахиоподы, 14 - гигантопродуктусы, стриатиферы, 15 - наутилоидеи, 16 - остракоды

46

земным равнинно-озерным, болотным и аллювиальным отложениям. Иногда удается показать древние речные долины и дельты, а по находкам тиллитов - ледники. Отмечают также области вулканической деятельности, отдельные вулканы и их пояса.

В пределах морских бассейнов различными оттенками синего цвета показывают обстановки, отвечающие верхней части шельфа, глубокой части шельфа, а также глубоководным областям. От- мечают районы подводного магматизма, наносят крупные рифовые массивы и зоны развития ри- фов. Бассейны повышенной солености устанавливаются по присутствию каменной и калийной солей, гипса, ангидрита, а также угнетенной эвригалинной фауны. Бассейны пониженной солено- сти выделяются по характерной фауне и растительным остаткам.

Хорошая изученность палеогеографии некоторых районов позволяет построить для них более детальные карты, на которых удается показать палеоэкологические комплексы. Такие карты со- ставлены, например, по центральной части европейской территории России для раннекаменноу- гольной эпохи (фрагмент карты в черно-белом изображении приведен на рис. 21). Разновидностью литолого-палеогеографических карт являются карты физико-географических условий накопления полезных ископаемых, на которых отражено размещение нефти и горючего газа, угля, горючих слан- цев, солей, фосфоритов, бокситов, марганца и других полезных ископаемых в пределах бассейнов или рудных районов. Палеогеографические карты дополняются обычно литолого-фациальными профиля- ми, на которых можно проследить смену фаций во времени и пространстве (рис. 22).

Рис. 22. Смена осадков и связанных с ними комплексов фауны в раннекаменноугольном бассейне Московс- кой синеклизы (А.И.Осипова, Р.Ф.Геккер, Т.Н.Вельская, 1977, с упрощениями)

■t- суша; //- краевая зона моря (бухты, заливы); III- прибрежное мелководье; IV - мелководье, удаленное от суши; V - открытое море. Фауна (черным обозначены наиболее эврифациальные формы, размер значка отражает количество фауны данного вида): / - фораминиферы, 2 - губки, 3 - хететиды, 4 - сирингопоры, 5-8 - кораллы-ругозы, 9 - двустворки, 10 - лингулы, 11-24 - брахиоподы (среди них: 14 - стриатиферы, 16 - гигантопродуктусы), 25 - мшанки, 26 - остракоды, 27 - следы зарывающихся форм; 28 - пески и алевриты; 29 - глины с углистым веществом; 30 - бескарбонатные глины; 31 - известковые глины; 32 - тонкозернис- тые карбонатные осадки с примесью органического вещества; 33 - детритово-фораминиферовые известко- вые илы; 34 - ракушечники; 35 - хемогенные известковые осадки с корнями плауновых; 36 - раститель-

ность мангрового типа

МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ ПРОШЛОГО

Тектонические движения являются одним из важнейших факторов в развитии геологических процессов, изменяющих лик Земли. Они приводят к преобразованию земной коры, изменяют фор- мы рельефа поверхности, очертания суши и моря, воздействуя тем самым на климат. Тектоничес- кие движения влияют на вулканизм, на процессы осадконакопления и определяют размещение по- лезных ископаемых в земной коре.

Тектонические движения выражаются в виде медленных поднятий и опусканий, приводящих

к трансгрессиям и регрессиям моря в виде общего смятия земной коры с образованием высоких

47

горных массивов и глубоких впадин, образованием складок, а также в форме разрушительных землетрясений, которые сопровождаются возникновением трещин со значительным смещением блоков коры по вертикали и горизонтали.

В зависимости от направления напряжения тектонические движения подразделяют на верти- кальные (радиальные) и горизонтальные (тангенциальные). При анализе вертикальных движений различают восходящие (положительные) и нисходящие (отрицательные) движения. Этим движе- ниям чаще соответствуют медленные, плавные поднятия или опускания, охватывающие террито- рии континентов и океанических впадин или их частей. Это эпейрогенические движения (греч. "эпейрос" - материк).

Движения тангенциальные (по касательной к поверхности земной коры) связаны с опреде- ленными зонами и приводят к существенным деформациям земной коры. Это орогенические дви- жения (греч. "орос" - гора).

Тектонические движения и возникающие при этом структуры земной коры изучают геотекто- ника и структурная геология.

Для восстановления тектонических движений прошедших эпох используют специальные ме- тоды, позволяющие воссоздать общую картину тектонических движений для определенной эпохи.

О характере современных тектонических движений мы судим, наблюдая современные про- цессы, которые наглядно проявляются в областях активных землетрясений и вулканизма: 1) совре- менные вертикальные тектонические движения фиксируются путем повторного нивелирования; 2) новейшие движения, т.е. происходившие в неоген-четвертичное время, изучают с помощью гео- морфологических методов, анализируя рельеф поверхности Земли, морфологию речных долин, расположение морских террас, мощность четвертичных отложений.

я ,'. Значительно труднее изучать тектонические движения прошлых геологических эпох. Метода- ми изучения этих движений являются: 1) анализ стратиграфического разреза; 2) анализ литолого- палеогеографических карт; 3) анализ мощностей; 4) анализ перерывов и несогласий; 5) структур- цый анализ; 6) палеомагнитный анализ; 7) формационный анализ.

1)Анализ стратиграфического разреза позволяет проследить тектонические движения не большого участка земной коры в течение длительного времени. Исходным материалом

для анализа является стратиграфический разрез (колонка), который необходимо исследовать с

позиций измене ния обстановки накопления пород в их стратиграфической последовательности.

Изучая вещественный состав, структурные и текстурные особенности пород, заключенные в них окаменелости, удается выделить типы отложений, которые

накапливаются на различных гипсометрических уровнях относительно уреза воды морского бассейна и соответственно

охарактеризовать обстановку осадконакопления. Отрицательные тектонические

движения в условиях стабильного выноса обломочного материала в бассейн приводят к углублению его дна и смене вверх по разрезу мелководных отложений более глубоководными. Наоборот, положительные тектонические движения приводят к обмелению бассейна и смене по разрезу глубоководных отложений мелководными, наземными и далее размывом ранее накопившихся отложений. Отрицательные тектонические движения способствуют развитию морских трансгрессий, а положительные вызывают регрессию.

2)Литолого-палеогеографический анализ. Анализ литолого-палеогеографических карт позволяет судить о направленности движений и распределении прогибов и поднятий на площади.

Обычно области аккумуляции отложений соответствует отрицательная структура, области денудации - положи

тельная. В связи с дифференцированностью движений на фоне крупной отрицательной структуры

могут выделяться участки относительных поднятий с морскими мелководными отложениями среди более глубоководных. Такой участок представляет собой подводное поднятие - отмель и может

48

соответствовать растущей антиклинальной структуре. Участок распространения относительно

глубоководных отложений среди мелководных должен отвечать впадине на дне бассейна.

49

Обычно характер тектонических движений более отчетливо выявляется при анализе литолого-палеогеографических карт, составленных для нескольких последовательных отрезков времени.

3) Анализ мощностей. На участках ускоренного прогибания накапливаются осадки большей мощности, на участках замедленного прогибания - меньшей мощности, в областях воздымания - мощности равны нулю.

Данные о мощностях одновозрастных отложений наносят на карты; точки равных мощностей соединяют линиями - изопахитами (рис. 23). По картам с изопахитами можно судить о распреде-

лении участков относительных прогибов и поднятий. Однако анализ мощностей необходимо совмещать с анализом фациаль-

Рис. 23. Карта равных мощностей одновозрастной песчано-глинистой толщи (изолинии мощностей намечают положение прогиба, формировавшегося во время осадконакопления): / - точка замера и мощность (в м); 2 - изолинии мощностей (изопахиты). (Заимствовано у Г.И.Немкова и др., 1986)

ной обстановки накопления осадка, т.к. он применим только для определенных условий осадконакопления, когда скорость про-

гибания ложа компенсируется скоростью накопления на нем осадков. В случае декомпенсированного разреза в течение огромных промежутков времени может накопиться незначительный по мощности слой осадка.

4) Анализ перерывов и несогласий. Положительные тектонические движения в стратигра- фическом разрезе выражаются сменой относительно глубоководных отложений мелководными, мелководных — прибрежными и континентальными. В таком случае, если эти движения привели к подъему накопившихся осадков выше уровня моря, начинается их размыв. При последующем по- гружении новая серия осадков ложится на размытую поверхность, которая называется поверхнос- тью перерыва или поверхностью несогласия. Эти поверхности фиксируются выпадением из нор- мальной последовательности тех или иных стратиграфических подразделений, присутствующих там, где положительные движения не проявлялись. Если отложения выше и ниже поверхности, фиксирующей перерыв в осадконакоплении, залегают с одинаковыми углами наклона (стратиграфическое несогласие), можно говорить о медленных положительных движениях,

охвативших большие площади. Если наблюдаются резко отличные углы наклона (угловое несогласие), то

ранее накопившиеся осадки к моменту нового погружения и осадконакопления испытали складкообразование, могли быть нарушены разрывами (рис. 24). Глубина размыва

подстилающей толщи и продолжительность перерыва в осадконакоплении свидетельствуют об амплитудах

тектонических движений, приведших к несогласию между толщами пород. Толщи пород,

подъемом территории и складчатостью.

Каждый структурный этаж характеризуется специфичными формами залегания слоев.

5) Структурный анализ имеет важное значение при изучении горизонтальных движений,

так как позволяет качественно и количественно оценить величину горизонтальных движений во

50