2.5.13.Периодичность осадочного процесса.
В разрезе осадочной оболочки Земли имеет место неоднородная повторяемость слоев пород или даже целых комплексов, близких по составу и внешнему облику. Повторяемость слоев и осадочных комплексов (пачек, толщ, формаций) в истории Земли происходит на фоне общего поступательного развития планеты и называется периодичностью осадконакопления. Периодичность имеет различные масштабы. Чередуются тонкие (сантиметры и их доли) литологически однородные слойки, пласты и литологические комплексы (толщи в десятки метров), состоящие из целого набора пород, залегающих в определенной последовательности. Высшую форму периодичности по Л.В. Пустовалову составляют осадочные формации, достигающие толщины сотен и тысяч метров.
Разномасштабность явления послужила основанием для выделения периодичности низшего и высшего порядков. К периодичности низшего порядка относится чередование элементарных слойков или слоев, имеющих толщину от долей до десятков сантиметров. Периодичность высшего порядка составляет литологические комплексы (толщи, формации) толщиной в десятки и сотни метров. В литературе периодичность низшего порядка называют ритмичностью, а периодичность высшего порядка – цикличностью, однако, единства в терминологии нет. В работах Н.М. Страхова во всех случаях используется термин ритмичность, а Н.Б. Вассоевич обе категории называл цикличностью.
Материальное выражение периодичности осадконакопления - неоднократно и закономерно сменяющиеся в геологическом разрезе сочетания нескольких слойков, пластов, осадочных толщ и т.д. Одно из наиболее простых проявлений периодичности (ритмичности) – чередование тонких слойков двух каких-либо пород, например, аргиллит и алевролит. Подобного рода периодичность наблюдается и в других сочетаниях: чередование слойков терригенных и карбонатных пород, чередование слойков хемогенных пород различного состава и т.д. Ритм может состоять также и из нескольких (3 и более) слойков или слоев с суммарной толщиной до метра и более. Количество простейших ритмов в едином литологическом комплексе может достигать десятков тысяч. Пример такой ритмичности – флиш, в составе которого преобладают терригенные (песчаные, алевритовые, глинистые) и карбонатные (известняки, мергели) породы. Ритм может состоять, например (снизу вверх), из слоев песчаной, алевритовой и глинистой породы, то есть снизу вверх размер частиц уменьшается. Нижний элемент ритма (песчаная порода) залегает на размытой поверхности последнего элемента (глинистая порода) предыдущего ритма. Отдельные элементы (слои) ритма могут выпадать. Толщина элементарных слоев не постоянна и составляет от долей до нескольких десятков сантиметров, а весь ритм может достигать от 1 – 1,5 м. Суммарная мощность флишевых образований (формаций) достигает нескольких сотен метров и даже первых километров.
Среди причин, вызывающих ритмичность, прежде всего, следует назвать сезонные годичные и многолетние изменения климата, связанные с циклами солнечной активности: 11, 22, 35, 105, 150 лет и более. Следует отметить, что подобная периодичность наблюдается при изучении срезов деревьев, известковых водорослей, кораллов и других организмов. Совершенно справедливо это явление Л.Н. Ботвинкина расценивает как свидетельство существования единой первопричины периодичности такого рода. На периодичность низших порядков влияет также изменения климата, связанные с периодичностью изменения ориентировки земной оси (21 тыс. лет), колебанием угла наклона земной оси в плоскости ее орбиты (~ 40 тыс. лет), изменением формы (эксцентриситета) последней (~ 92 тыс. лет). Масштабы влияния этих явлений на ритмичность пока не достаточно исследованы. Наконец, причиной периодичности низших порядков, например, при образовании флиша, могут быть подводные землетрясения, вызывающие возникновения мутьевых (турбидных) потоков в морских и океанических бассейнах. Суспензия, возникшая в результате взмучивания осадка в зоне перехода шельфа в континентальный склон, имея большую плотность, чем вода, устремляется вниз, увлекая новые осадки. В зоне сочленения уклона с подводной равниной или в каньоне скорость потока уменьшается, и начинают осаждаться наиболее крупные зерна, постепенно сменяющиеся все более тонкими и, наконец, пелитовыми. Новый мутьевой поток размывает часть верхнего глинистого слоя, а затем из него на размытую поверхность начинают осаждаться частицы в прежней последовательности. Не исключено, что в ряде случаев формирования флиша происходило под влиянием колебательных движений земной коры, вызывавших систематические регрессии и трансгрессии водных бассейнов. Возможно, что в формировании флиша определенную роль играли оледенения (например, плейстоценовые), сопровождаемые регрессиями и сменяющимися трансгрессиями в межледниковые периоды.
Циклы, их длительность и природа.
Периодичность высших порядков во временном понимании охватывает значительные отрезки геологической истории – каждый элемент периодичности составляет от десятков тысяч до десятков и даже сотен миллионов лет. Н.Б. Вассоевич предложил периодичность продолжительностью 5х104 – 1х106 лет именовать мезоциклами, 1х106-6х107 лет – макроциклами и 6х107-1,5х108 лет – мегациклами; или серия циклов – мезоцикл, серия мезоциклов – макроцикл, серия макроциклов – мегацикл. Элемент периодичности высшего порядка – цикл, может состоять из десятков и сотен слоев и пластов, суммарной толщиной до 1-2 км и иногда более.
В качестве примера периодичности высшего порядка рассмотрим формирование наиболее полно изученных угленосных циклов. На фоне медленного регионального погружения земной коры происходит относительно кратковременные движения положительного знака, сопровождаемые регрессией моря. На возникшей суше при этом происходит формирование речной сети и накопление аллювиальных осадков, но преобладает эрозия и денудация. За счет разрушающихся отложений в прибрежной части водоема накапливаются более грубозернистые осадки, чем прежде. Таким образом, происходит общая нивелировка местности с образованием лагун и болот. Последующее погружение территории сопровождается трансгрессией моря.
В каждой из отмеченных обстановок в условиях конкретного климата накапливается осадок определенного состава и строения. В описанном примере, в основании цикла залегает регрессивная серия отложений, представленная в пределах бывшей суши, как правило, аллювиальными отложениями, нередко залегающими на размытой поверхности более древних пород. В прибрежной части моря в то же время накапливаются песчаные и алевритовые осадки, нередко с обильными растительными остатками. Их перекрывают лагунные, а затем болотные отложения, представленные глинистыми и алевритово-глинистыми породами с обилием обугленной растительной органики и пластами углей. Завершается цикл трансгрессивной серии, в нижней части обычно представленной глинистыми породами с остатками прибрежно-морской и морской фауны, выше по разрезу замещаемыми мергелями и известняками морского генезиса. Все эти отложения составляют цикл. В дальнейшем, на фоне продолжающегося регионального погружения, вновь проявляются кратковременные восходящие движения, дающие начало новому циклу. Серия циклов подобного рода, последовательно сменяющих друг друга, образуют угленосную формацию.
В других ландшафтно-климатических условиях образуются циклы иного литологического состава и строения. Цикличность в разрезе кунгурского яруса нижней перми по материалам бурения Бикжальской сверхглубокой скважины (Прикаспийская впадина) выражено чередованием пластов ангидрита толщиной 5 – 20 м с пластами доломита и глин толщиной 2 - 7 м. Общая мощность цикла колеблется в пределах 9 – 23 м.
В послерифейских отложениях Н.М. Страхов выделил 12 – 13 основных осадочных ритмов (микроциклов по Н.Б. Вассоевичу) продолжительностью 40 – 60 млн. лет. Возникновение их он связывает с орогеническими фазами, при этом последовательно происходит трансгрессия бассейна (океана), стабилизация режима, регрессия и вновь стабилизация. В каждый из этапов ритма накапливается свой комплекс осадков. Вместе с тем, в каждом ритме одноименные стадии повторяются, поэтому набор осадков и последовательность их залегания в каждом последующем комплексе имеют большое сходство с предыдущим.
Периодичность осадконакопления самого высшего порядка впервые была намечена Л.В. Пустоваловым в фанерозойских отложениях. По его представлениям периоды осадконакопления продолжительностью 150-200 млн. лет разделяются крупнейшими тектоническими фазами – каледонской, герцинской и альпийской. Следует отметить, что периодичность этого вида проявляется менее четко, чем рассмотрено выше. Это отражает общую закономерность периодичности - чем выше его порядок, тем менее четко она выражена. Одна из основных причин этой закономерности – эволюция осадочного процесса.
Причины периодичности высшего порядка считают возмущающие влияние центральных масс Галактики на солнечную систему.
Установленное по материалам детального петрографического изучения керна строение циклитов, в частности изменение в разрезе глинистости и реконструкция условий их образования, позволяет в других скважинах и интервалах разреза, не охарактеризованных керном, на основе данных геофизических исследований скважин (ГИС) выделять и прослеживать циклиты.