CC BY
15
начальником палеонтологического отряда Степановой Т.И Веем названным коллегам автир выражает благодарность ш предоставленный материал.
Исследования проводились при поддержке РФФИ (грант 02-05-96432) и программы "Ведущие научные школы", фант НШ-85.2003.5
БИБЛИОГРАФИЧРХЖИЙ СПИСОК
I Пмлоеоиа О.'З. Сравнительная характеристика классификаций карбонагныч пород // Тезисы докладов трелего Уральского лигологического совещания. Екатеринбург, 1998. С. 72-75.
2. Иогромскиа О.'З. Лигобиомикрофзции карбонатных пород верхнею девона Среднего и Южного Урала. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН. 2002.282 с.
3. Пустовалов JI.B. Петрография осадочных пород. В 2 т, М.: Л.: Гостоптехиядат, 1940. 7. 2.
<120 с.
-1. Xворона И.В. Аглае карбонатных пород среднего и верхнего карбона Русской платформы. М.: АН СССР. I9SR 170 с
5. Dunham RJ, Classification of carbonate rocks according to dcpositional texture/Classification of Carbonate Rocks, (ed, by W.E. Ham) / Mem. Amer Assoc. Petrol Gcol.. 1962. P. 108-121.
6 F.mbry A.F., Klovun .I.E. A late Devonian reef traction north-eastern Banks Island. Northwest I crritories П Bull. Can Petrol. Geol.. 1971. V. 19, P, 730-781
7. Миме! С. Micro facie* analysis of limestones. Berlin-Heidelberg-NewYoi'k. < Springer-Verlag), 1982, 633 p.
УДК 551.3.051
Н.П. Алексеев
К ВОПРОСУ О СКОРОСТИ ТЕРРИГЕННОЙ СЕДИМЕНТАЦИИ НА КОНТИНЕНТАЛЬНОМ БЛОКЕ
Скорость является одной из ьажисГнпнх характеристик любого прицесси; и юм числе и геологическою. Важнейшей обобщающей сводкой в области скорости геологических процессов является работа (2|. имеющая одновременно и характер справочника Наиболее детально вопросы, связанные с изучением скорости осадкоиыкотепия. рассмотрены С.И. Романовским |5. 6J. Не преследуя целью охват проблемы в ислом. изложим лишь некоторые соображения, базирукчциеея на наших многолетних исследованиях сероцветных террнгенных (угленосных) толш, преимущестпенно юрского возраста.
В качестве исходного положения нами принимается наблюдаемое существенное различие в скоростях современного и дрениего осадьонакошгсния. Для первого (континентальные осадки) наиболее характерны величины, измеряемые от нескольких сотен и (в основном) до первых тысяч 1> (1Б = I бубной - I м/млн лет = I мм/гыс, лет) |2]. Скорости же древнею осадконккопления. оцениваемые соотношением мощностей конкретных осадочных толш и геологическим временем их образования, изменяются обычно в пределах 5-50 Б. Скорости более 100 I» уже характеризуют сверхбыструю, .шинную (по А.П. Лисицыну) седиментацию и присуши только ограниченным областям с особым механизмом осадконакоплення. Такое различие на уровне примерно двух порядков {н \0:. где // изменяется в достаточно широком диапазоне, но а основном имеет значен и» 0,5-2) естественным обратом приводит к признанию наличия и высокой значимости перерыт*, п оса/дконакоплснии. Классическая схема осадчоникопления, объясняющая обилие скрытых перерывов тш днветем (ip. dinsitms) дана Дж. Баррелом {1017). На принципиальное значение перерывов при рассмотрении истории геологического рази» i ин любого региона, н частности, указано Д.В. Налнв-киным (197-1) С обших позиций явления перерывов в разрезе, включая выпадающие из стратиграфической последовательности интервалы - гиатусы (лат. hiatus) - рассмотрены К. Данбаром и Дж. Роджерсом (1962). В крайнем случае ипъектнвного седичнентогснеза все это может принести к такому "седименгологнмеокому гшрпДоксу", когда "...них иинтть сложенная турбиаитамн. образовалась в течение перерыва в осадкона*оплении" [6j, поскольку время "чистой*1 седиментации
вляст ничтожные доли процента ог общего, "стратиграфического" времени се образования. К ком> же выводу пришли Л.Н. Кулямин и Л.С. Смирнов (1973). определившие время редствснного формирования песчаных отложений саблинской свиты (кс\брнй Ссвсро-Запала ии) в 100 суюк. при обшей длительности соответствующего ей хронологического периода в гки миллионов лет.
В то же время во многих осадочных толщах внутрнконтннешального и лрнбрежно-морского иса. ярким примером которых являются угленосные формации, отмечаются разрезы чительной мощности ба сколько-нибудь достоверно установленных перерывов дтиграфического" характера. В этом случае причины, приводящие к несоответствию скоростей оплсмия осадков, выраженных в мощности наблюдаемых толщ, которая соотнесена с "олжитсльносгью соответствующих стратиграфических подразделений, следует, по нашем) нию. искать в самом механизме осадкэнакопления. Для анализа ситуации приведем некоторые схемы. вылержавшие "проверку временем" и имеющие отчетливо модельный характер (рис. 1). Из «и\ следует непреложное обстоятельство: суммарная мощность того или иного интервала (серия сюйков. комплекс слоев, стратиграфический горизонт) будет всегда значительно меньше суммы мощностей слагающих этот интервал "составных частей" (слойков, слоев и т. д.) Естественно, что ,-риод времени в обоих случаях будет одинаков.
Рис. I. Модели, иллюстрирующие процесс осадконакоплсния и формирующиеся комплексы отложений:
Л - схема соотношения между "Зоологической" или ссдиментологической мощностью (к + к, * к}) и кйспмпсльной. или наблюдаемой. мощностью (Б) ссллков (по Д.В. Иаливкину. 1933):
К обраюкпнис косослоистмх серий н осадке: I - передвигание олиого косослоистого песчаного вала; 2 наполянис коеоедоисгых валов на оставшиеся части валов. идущих впереди: 3 - конечный результат группа налегающих Лру г на друга косослоистх серий (по Л.Н. Ношинкшной. 1965):
В смешение во времени юн расположения максимальных мощностей (по Дж I иллули. 1949. и» |5|). И результате максимальные мощности раэреы. просуммированные но отдельным »тапам (I ♦ II » III IV), будут значительно больше, чем мощность всех отложений в зоне максимальной мощности рал рем а - а,. С'оотве1СП«енно скорость осалконаконлемим. рассчитанная но линии максимальной мощности а - а,, будет все больше мнижаться для панов III. II и I последовательное! и
Проиллюстрируем приведенные модели но примере зинн. олиог«> образна. изображение когороги приведено на рис 2 Как нилно. здесь можно и рсалми'й "миниатюре" нцбнодоть нес »с механизмы. которые представлены на рис I Гсперь попытаемся полечи го i ь конкретные время и скорость осааконикоплепии. Опираясь Прежде всею на читальную сводку f 1|. и с учетом более новых .тайных ¡3. •)(• будем с высокой сгспешлс* уверенности ечн а ; t.. что чередование светло- и 1смноОкрИ1неннмх <улчт слойков cooiBercmei смене сезонов и а сумме ошечает одному .им)г. H iceofi части образна Черточками показаны просчитанные по обрезу комплексы Слойков 13 сумме их 22.
Рис. 2. Крупнозернистый алевролит со сложной нолою-косонолнисюй слоистоеи.к> пол черкну» ой тонким расипельным детритом Коркннская ев» та Челябинскою буроугольисги бассейна (верхний триас):
Л <H>|lll«it III! I OÚ¡HUlUl. crcru 1ЫЧКИ ClUflxOH (серии), IltiKlMHliUlHC WWlJ(,«ll Ht комтрмч CtKilHClCHWtn <*)|HllMy l'U<
im icfto I. U фригчент. ншадыткчнип ноклсичитслиюс iiinoil »сице слоен in* inircpwuu Г а," я течение HdCKiUiin«-
CaWHCTuVlCilMiU*. I!Jltit'i I ICI). В <|ip4(.MLIII с .ililHpfUiïull КОМ1НСШ1И СЛНЙ*С04< И MHU-рПмЛС V "il," "И1.1|1Ш«1|1»И Л-
paipcia im icmoU чист nôpy)iut мс,«ели пне инуфеннао исрсмына
Только для констатации факта отмстим, что "выпавшие" п основном разрезе слои (а, а., и к.
• I соответствуют 6 голам. Именно эта цифра в качестве одною из основных риiмои черелуемостн .«jVMiutcro, более высокою, порялка ирннолигся в работе (I) Гпкач же. шестилетняя, н более
мн.«а - 11 «летняя ритмичность - намечается и в целом по образцу. Впрочем, ло требует более -.«-еямюго изучения и значительно большего объема исходных данных.
Й целом можно (естественно, принимая предложенные позиции) говорить о накоплении
• океннй суммарной мощностью К см в течение примерно 40 лег, го есть скорость накопления «=*лкив составляла примерно 2 мм н юл, или 2 01)0 Б. Эта цифра соответствует нижней границе •очениЙ, характерных для современного осадконакоплеиия на континентах (2|. Главным же Ьводом из приведенных конкретных данных следует, что при непрекращающемся л целом ■ехрерыином процессе осадконакоплеиия н погребенное состояние переходит, т. е. .¡скренжтся в
только чисть осадков. В данном случае это определяется внутренними (по отношению к жкие осадконакоплеиия) факторами. "Работая" в двух вариантах, как это описано дли образиа (см. ж 2). они мот соответствовать модели I (см. рис. I. А) - это верхний интервал образца "в", г е тг-'движению: или модели II (см. рис. I, В) это нижний слой образиа "а", т. е смешение и «ежглоевой размыв. Естественно, возможно и их сочетание. В целом ня уровне -».L41 теОичептигенелл [6 J перечисленное дает двукратное и более сокращение измеряемой •-тиности по сравнению с первично накопившимся осадком.
Продвигаясь по пути повышения уровенности организации геологических процессов, вплоть ж» стратмейичеитогенези или слособразования [б], мы имеем дело с автономно управляемыми ■рецессамн, наибоаее удачно названными Дж. Бирбаулром автлцшешчеекцми |8|. Наиболее детально -о« разобраны на примере аллювиальных отложений. В данном случае система седиментации живительно подобна осцилляниониой структуре колебаний тока |7], В условиях равномерного •огибания области осадконакоплеиия (а ""внутри" одною этапа развития речной долины возможно и >г» такового) образуется простая цикличность даже при отсутствии каких-либо других. "А-.чмушатших" факторов. Примером такой цикличности бесконечно много, на рис. 3 приводится : |нн из них. имеющий отчетливо модельный характер.
Рис. 3. Внутреннее строение русловых песчаных тел,
интерпретируемых как отложения песчаной разветвленной реки, и их эрозионные взаимоотношения (3|;
I - умеимисине размена wpdi»r 3 -
«РОТВОШЮЛ ЖЖрХНОСТС
G грлпиП,S - иссоп. F-алеврит:
слоистости: in - м*с<(миях. > - косам кпрмтоОрюндо (тротная). п - косая илоскопвршислым». t - мульлообраши» паАупнрнпя) и (рииелитих и гсечаяиках. Г -лии|о««лмо-ъолннс1ел (лннгонаная), h гонка* мфитоагалщая
Лнтоцикличсскими процессами контролируется цикличность самого низкого порядка - и угленосных голиш.ч мм элементарные литчжиклм (I иорялка). или ЭЛЦ Обычно имею, мощность 5 IS м-. Л iiovrnx отложениях. особенно двухчленного чередования, - существенно меньшую (первые метры). Фактически - л о перетратит*»»»* фпча аллювиальной аккумуляции, и ciauu ем классическим понимании Ii.В. Шанцера [ 196b) и полностью соответствующим моделям, показанным на рис. I. А. Ь Если принять сокращение мощности при перемыве отложении (аналогично для разобранного выше образца) в 3 - 5 раз. го скорость осадкоиакопления будет составлять в ттом случае 300-700 Б.
Рели принять (предельно усреднение) мощность ЭЛЦ равной )0 м. а скорость - 500 Б. гг получится, что он должен был »шкпплипэться в тсченнс 20 тыс. лет. Ьез особых комментариев укажем, что именно с астрономической периодичностью в 21 тыс. лет, соответствующей циклам прецессии пунктов равнодействия. во многих работа.*, и связывается проявление геологической цикличности низких порядков (в том числе, и прежде всего в угленосных толшах).
Следующий уровень организации, удачно названный циклосеоииентогенезо.и (6J. вызывает уже онешншт по отношению к системе седиментации факторами. Дж. Бнрбаузром (8) они названь алмцимически.им. к ним отнесет, в первую очередь региональные тектонические движение, вызывающие изменения в балансе энергетики осадочного процесса. Для аллювиальных отложений -•vro изменение угла наклона поверхности, изменения в питающей провинции, величины расхода ноль и т. п. lioiH автоникличность лучшим образом проявились в поперечном разрезе речных долин* тс оллоцикличность контролируется в продольном протяжении (констративный аллювий Е В. Шанцераi и прослеживается на большом пространстве, в том числе за пределами седиментаиионного бассейна Этому уровню соответствуют и достаточно масштабные мсжелосвыс перерывы и виде переотложения осадков (по сути соответствующие диастемам Баррсла). Характер их проявление хорошо виден п верхней части рис. 3, где грубозернистыми пачками наполовину и даже больше срезаются ннжезалегзюшие слои. Здесь мы подходим уже к реализации собственно внешних по отношению к системе, полностью нахоженных факторов, что в целом должно являться темой особого рассмотрения. Для общей характеристики гого. что скорость осадконакоплсння зависит и о» времени, охваченного наблюдениями, приведем лишь данные ! Рейнека (i960), имеющиеся и работе (2j (см таблицу).
Зависимость между продолжительностью периода наблюдений и вычисленным значением скорости седиментации на примере ваттов северной части ФРГ |3]
i vrtpiwn, селмнетсгацнв. Период, нкшпытыЛ ниблншсинммн
С»/\ 'Я >11 .1 щ «.и' 1 Ш лет (6)
220 2 200 1 900 лет
II5U II 500 4 IÜLTI
1.45 10" 1.45 10* S дней
2.1 10" (слой псека) 2.1 Ю' 1 [ОСКОЛЬХО CCXVIC3 ( ЖСВСрИМСНП
Остается только подчеркнуть удивительное сходство приведенной цифры в 2 200 Б для достаточно длительного периода наблюдений (см. таблицу) с результатом, полученным для рассмотренного выше образца, имеющего принципиально сходный генезис с отложениями, для которых проводились наблюдения,
С.И. Романовским общая формула, по которой следует оценивать скорости осадконакоплсння. представлена в виде (5)
Я , (I)
(Т-Т')рк
где к - коэффициент, учитывающий сокращение первоначальных мощностей слоев - по своего рода осредношая мера уплотненна осадоч той толши; // максимальная мощность отложений в границах выделенного стратиграфического подразделения; / - временная продолжительность этого подразделения: Т* - суммарное время перерывов в осадконаконлснии: р - мера, учитывающая интенсивность мсжслоевых размывов в процессе формирования слоистой толши.
Им же предложено, чго лучше пользоваться упрощенной формулой
И т и =-, (2)
т р
{Ч'я вносит лишь системагическую ошибку (всегда в сторону Занижения), чем опираться на .готические величины Т* и к, приводящие к принципиально не устранимому "шуму' в расчетах. Анализ вероятности сохранения слоя в разрезе, определяемый коэффициентом />. выполнен Л.Н. Колмогоровым (1949). Подробный разбор такой модели слоснакопления с оценкой «О1ДТН0СТИ сохранения (закрепления) слоев в разрезе проведен С.И. Романовским [5|. Нас прежде интересует аспект сохранении системы седиментации в состоянии равновесия детствующе1 о перерыву в селимешаиии) или же в режиме постоянного осадконакоплення. ?к.о»сиьзусмся <|юрмулой |6|
Ьг глубина размыва осадков пол действием активной гидродинамики; п - частота таких - чывов.
В »том случае при пИг = п Т может быть практически сколь угодно велико. Например, если - Л,01 м, п • 100. а о - 1м ' 10° лет. то Г- 10" лет. т. с. в течение I млн лет осал.конаклппенни ^«тетвчег. и 1раинца между слоями будет иметь етрэтиграфическнй смысл (б). Собственно ■гтог и чески м и, или сцдимснтлиионными, границы будут при соблюдении соотношения пИг < и:
пИ
V
Промерим применимость приведенных формул, используя сведения, изложенные выше. Так, конкретного образца, показанного на рис. 2. показатели будут следующими' 7'= -10 лет. п - 4. /г ■ мм. н = 2 мм/год. Полегании эти значения в формулу (3), получим.
. .мым пол!верлив концептуальную правильность фермулы.
Подставив в формулу (3) значения известных показателей, характерных для формирования нТдрных литоциклов или ЭЛЦ(см. выше), подучим:
Шг
20 1Ы1.лст-----.
0.5/тыс. лет
В этом случае произведение nhr должно соответствовать И), что может означать следующее: допускается один полный размыв _*Л1Д средней мощностью 10 м. или же может проявиться два гз .мыва на 1*2 mouihociи ЭЛЦ in - 2. m - 5м), и т. д. Все это вполне соответствует представлениям г автоиикличсских процессах, разобранных выше (СМ. рис. 3).
Продолжив эти рассуждения, определим, какие должны быть скорость осадконакоплення и ^».юта размывов при соблюдении условия:
О
_ г значительных интервалов времени, например 5 млн лет. Ьслн сохранить ftF = 10 м, то при j = 500 м/млн лет п должно быть < 250. а при о - 50 и/млн лет п < 25, Именно последние цифры ctm. же предельно удачно соответствуют конкретно наблюдаемым показателям для г.пиокомпснсированных угленосных то.пц, Гак. сксрость осадконакоплення для большинства т^н не мезозойских угленосных формаций составляет именно 30-70. в среднем 50 Б. а примерно . -тгеетствуюшнс ярусам свиты мощностью 300-500 м имеют, как правило, по 2500 ЭЛЦ Тем самым хжим седиментации как минимум удерживается на границе "ссдимеит.шиоиного равновесия", включая крупные стратиграфические несогласия.
(енерь обратимся к формуле (2) м попробуем рассч|гтать скорость осадконакоплення дня тмачнгельных временных интервалов осадконакоплення. Пусть Н = 350 м. а Т = 5 млн лет -чк-дзатоли. характерные дчи большинства раииемезезойеких угленосных формаций). Тогда без
55
учета внутрислоевых перерывов р скорость осалконакопления будет равна 70 м / млн лет. Если р, рассчитанная из модели флишевого слоенакоплсния, принимается за 0,7 [5]. то о = 100 м / млн лет (что, кстати, соответствует граничной скорости лавинной седиме1ттации). Если же раосчитать р путем деления условной единицы времени на количество допускаемых размывов (п = 25 : см. выше), то
и = = 1750 м/млн лет.
5-0,04
Как видим, при достаточно высоком условности расчетов эта цифра удивительно близка к полученному иными способами значению оптимальной скорости осалконакопления около 2 000 Б.
Подводя итоги, в качестве основных выводов установим следующее:
1. Скорость накопления терригенных осадков во внутриконтинентальньх условиях не изменялась существенно на протяжении геологического времени и составляла (в среднем) около 2 мм/год, или 2 0001».
2. Скорость осалконакопления, "снимаемая" с геологических разрезов нолнокомпенси-рованных угленосных толщ, составляет величину порядка 50-70 Б. Такое несоответствие цифрам, указанным вн. I, объясняется тем, что "геологическая" скорость соответствует закрещенным в геологической истории осадкам.
3. Такое закрепление, в соответствии с механизмом слоеобразования. происходит в условиях проявления многократных внутри- v межслоевых размывов, генерируемых внутри автономно развивающейся системы осадконакоплсния. Такие внутри- и межслоевые перерывы соответствуют диастемам Дж.Баррела и описаны моделью слоенакоплсния А.Н. Колмогорова.
4. Явления перерывов (гиатусов) в терригенных толщах проявляются при наложении внешних причин по отношению к системе осалконакопления (прежде всего тектонических). Для основных частей большинства угленосных толщ такие перерывы не характерны.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Жемчужников Ю.А. Сезонная слоистость и периодичность осалконакопления. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 72 с (Труды ГИН АН СССР. вып. 86).
2. Кукал 3. Скорость геологических процессов: Пер. с чешек. М.: Мир, 1987. 246 с.
3. Обстановки осадконакоп.зсння и фации: Пер. с англ. / Иод ред. Х.Г.Рединга. М.: Мир. 1990. Г. 1.352 СЛ Т. 2.384 с.
4. Рейнск Г.-Э., Сингх И.Б. Обстановки терригенного осадконакоплсния (с рассмотрением терригенных кластических осадков): Пер. с англ. М.: Недра, 1981. 439 с.
5. Романовский С.И. Ссдимеитологическис основы литологии. Л.: Недра. 1977. 408 с.
6. Романовский С.И. Физическая ссдимснтология. Л.: Недра. 1988. 240 с.
7. Седиментология: Пер. с польск. М.: Недра, 1980. 646 с.
8. Beerbower J.R. Cycfothems and cycCic depositionaC mechanisms in aCCuviat piain sedimentation. Kansas. Geof. Surv.. ВиСГ... 1964. V. 169(1). P. 31-42.
