CC BY
45
УДК 551.242.122 А.Л. Бейзель
ИНГГ СО РАН, Новосибирск
ТЕКТОНО-КЛИМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ: ОПЫТ ПОСТРОЕНИЯ БАССЕЙНОВОЙ КОНЦЕПЦИИ ЦИКЛОГЕНЕЗА
A.L. Beisel
IPGG SB RAS, Novosibirsk, Russia
A TECTONIC-CLIMATIC MODEL OF FORMATION OF SEDIMENTARY COMPLEXES: EXPERIENCE OF CONSTRUCTION OF THE BASIN CYCLOGENESIS CONCEPT
The model of formation of the sedimentary cycles (complexes), based on joint action of tectonic and climatic factors is considered. In the beginning of a cycle in the source area there is a fast raising, and in adjacent sedimentary pool - the immersing interfaced to it. A relief rejuvenation leads to increase in quantity of atmospheric precipitation. In process of smoothing a relief the drain is gradually reduced. The edge of a cover tests asymmetric back and forth motions, and in a cut in continental facies sedimentary cycles of a progressive structure are formed. On a course of movement of a material, in a coastal zone of sea pools these cycles are transformed in regressive. Progressive and regressive sedimentary cycles together with transitive facies form sedimentary complexes.
Несмотря на то, что мировой опыт структурно-вещественного анализа разрезов чрезвычайно велик и разнообразен, попыток разработки бассейновых моделей генезиса осадочных циклов известно немного. В качестве примеров можно назвать концепцию осадочных серий В.П. Казаринова [1] и секвентную стратиграфию, разработанную американскими авторами в 80-е и 90-е годы прошлого века [2]. В.П. Казариновым в качестве ведущего механизма циклогенеза приняты периодически повторяющиеся восходящие движения в области сноса, а в секвентной стратиграфии такой движущей силой являются колебания уровня моря. Эти подходы представляют собой две крайние точки зрения на проблему формирования осадочных циклов, а между ними существует множество вариантов.
Вместе с тем, единая основа для выделения осадочных циклов существует. Она заключается в термодинамическом подходе к данной проблеме. Циклы подобны обычному маятнику. Внешне колебания маятника кажутся симметричными, однако в одну сторону его толкает часовой механизм, а в другую он идет по инерции. Так и в осадочных циклах: нужно установить, какая стадия цикла отвечает получению осадочной системой энергии из внешнего источника, а какая соответствует ее расходованию. Для этого нужно определиться с источником энергии и насколько возможно прояснить механизм ее реализации.
Предлагаемая автором тектоно-климатическая модель образования осадочных циклов основана на нескольких предположениях. Источник энергии берется эндогенный. Передача энергии в осадочную оболочку происходит за счет периодически повторяющихся фаз «омоложения рельефа», т. е. поднятий земной коры в области сноса. Именно такой механизм был заложен В.П. Казариновым в качестве основы образования
осадочных серий. Эти события происходят быстро, в масштабе геологического времени мгновенно, и обусловлены импульсным характером движения энергии. Вслед за каждым таким событием в течение длительного времени происходит выравнивание рельефа за счет действия экзогенных процессов. Это определяет принципиальные различия в природе двух фаз единого осадочного цикла.
На периферии осадочного чехла происходят два фундаментальных процесса. Во-первых, поднятия коры и последующее сглаживание рельефа вызывают асимметричные возвратно-поступательные движения края чехла, а во-вторых, здесь образуются однонаправленные осадочные циклы прогрессивного строения (грубые осадки внизу, тонкие вверху). Те и другие явления теснейшим образом связаны между собой: каждый законченный цикл возвратно-поступательного движения отвечает отдельному осадочному циклу [3].
Наша задача состоит в том, чтобы проследить исходные периферические циклы в пределах всего осадочного бассейна, в том числе выделить их аналоги в морских фациях. Для этого необходимо дополнить колебательную модель Казаринова тремя существенными моментами. Во-первых, восходящие движения в области сноса должны компенсироваться нисходящими движениями в смежных погружающихся структурах. Во-вторых, одних тектонических движений для активизации сноса материала и образования прогрессивных осадочных циклов недостаточно. Они должны сопровождаться увеличением речного стока в водосборных бассейнах. Как бы ни поднималась горная страна, без воды обломочный материал не двинется с места. В-третьих, в береговой зоне морских бассейнов происходит инверсия осадочных циклов - прогрессивные циклы трансформируются в регрессивные (тонкие осадки внизу, грубые вверху).
В общем случае погружения должны приводить к трансгрессиям эпиконтинентальных морей. Однако, здесь возможен ряд вариантов, определяемых положением шарнира наклоняющейся поверхности относительно береговой линии морского бассейна (рис. 1). Тектонически обусловленная трансгрессия происходит в том случае, если шарнир находится между морским бассейном и областью поднятий (рис. 1б). Иногда море может располагаться настолько близко к воздымающимся источникам сноса, что в подъем вовлекаются прибрежные участки дна (шарнир находится в пределах морского бассейна - рис. 1в); тогда при прочих равных условиях вместо трансгрессии будет иметь место регрессия. Наконец, возможны и другие варианты, когда шарнир приблизительно совпадает с береговой линией, либо компенсация происходит вообще не в данном бассейне, а где-то в другом месте. В этом случае смещения береговой линии на рубеже циклов не будет (рис. 1г). Нейтральная ситуация без смещения береговой линии подробно рассмотрена в работе [3]. Таким образом, одно и то же явление (воздымание с сопутствующим погружением) в конкретных разрезах может быть представлено совершенно разными ситуациями.
Вертикальные движения морского дна можно представить в категориях не только трансгрессий и регрессий (ТР), но и непосредственно колебаний уровня моря. Это открывает связь с секвентной стратиграфией. В связи с этим следует отметить два принципиальных момента: (1) колебания уровня моря являются относительными, а не эвстатическими, (2) эти колебания играют второстепенную роль в образовании циклов.
Рис. 1. Принципиальная схема образования событийных трансгрессий и регрессий при подъеме горной страны в сочетании с компенсационным погружением прилегающей территории:
а - исходный высотно-батиметрический профиль; б-г - варианты положения шарнира при наклоне поверхности: б - между горной страной и морским бассейном (трансгрессия), в -в пределах морского бассейна (регрессия), г - шарнир совпадает с линией берега (береговая линия неподвижна); 1 - шарнир наклоняющейся поверхности
Климатический фактор циклогенеза тесно связан с тектоническим и выражается в следующем. Быстрые восходящие движения в области сноса и усиление контрастности рельефа приводят к образованию новых барьеров в рельефе земной поверхности и, как следствие, к изменению системы атмосферной циркуляции. Количество осадков в пределах водосборных бассейнов, находящихся перед барьером в зоне господствующих влажных ветров, возрастает, и происходит увеличение водного стока, активизация речной сети. В дальнейшем по мере сглаживания рельефа поверхностный сток постепенно сокращается. Совместное действие тектонического и климатического факторов создает импульсы сноса терригенного материала, выражающиеся в бурной активизации эрозии и транспортировки материала в начальной стадии осадочного цикла и постепенном спаде этих процессов в течение всей оставшейся его части.
Коренные изменения условий осадконакопления происходят при впадении рек в море. Потоковый режим водной среды сменяется бассейновым, в котором главным фактором перемещения осадков становится действие волн. Обстановки осадконакопления выравниваются на больших
а
б
• 1
площадях. Осадочные циклы, соответствующие импульсам сноса, вновь приобретают отчетливый вид, однако при этом они радикально меняют свой облик. Вследствие влияния берегового барьера аллювиальные проциклиты замещаются бассейновыми рециклитами.
Механизм инверсии циклитов в береговой барьерной зоне подробно рассмотрен автором [4, 3]. Осадочный цикл как бы «переворачивается» -песчаники из нижнего базального положения по диагональной траектории переходят в верхнее регрессивное и отделяют глинистые толщи континентального происхождения от таковых морского. В аспекте геологической корреляции базальные конгломераты и песчаники континентальных проциклитов соответствуют глинистым морским толщам в основании морских рециклитов, и наоборот - континентальные глины отвечают морским песчаникам. Это сопоставление является узловым моментом корреляции разнофациальных отложений, предлагаемой автором.
Важное значение имеет понятие баланса материала в береговой зоне. Поскольку приток неравномерен, а условия перераспределения осадка по бассейну относительно стабильны, то в начальной стадии цикла всегда складывается положительный баланс материала (приход больше расхода). Он приводит к тому, что прибрежные фации проградируют в глубь бассейна, вытесняя море. Регрессия может продолжаться до конца цикла, но нередко в его конечной стадии баланс изменяется на отрицательный и тогда регрессия сменяется трансгрессией. Эти трансгрессии и регрессии, обусловленные балансом материала, происходят постепенно, в отличие от тех, которые имеют место на границах циклов и вызваны непосредственно тектоническими движениями.
Таким образом, главные «циклообразующие» события происходят в самом начале циклов и приурочены к его границам. Последние обладают целым рядом свойств, отличающих их от внутренних границ в осадочном цикле. Эти два типа границ аналогичны понятиям мутационных и миграционных границ Н.Б. Вассоевича [5]. В качестве синонимов предлагаются термины событийные и градационные (балансовые) границы.
Одно из важнейших следствий модели состоит в том, что событийные уровни изохронны, поскольку они образованы быстрыми (в геологическом масштабе времени - мгновенными) изменениями условий осадконакопления во всей осадочной системе - от верхнего течения рек до относительно глубоководных обстановок морей. Для этих рубежей не выполняется известное правило Вальтера-Головкинского, что особо отмечал Н.Б. Вассоевич для своих мутационных границ. Оно справедливо только для градационных (миграционных) границ внутри осадочных комплексов.
Важно и то, что трансгрессии и регрессии (ТР) также разделяются на два аналогичных типа - событийные и градационные. Первые приурочены к границам циклов и они происходят быстро; вторые развиваются медленно внутри осадочных комплексов. Их различия не ограничиваются скоростью реализации. На одной и той же границе ОК в зависимости от конкретных геологических условий в пределах одного бассейна может одновременно
развиваться либо трансгрессия, либо регрессия, либо может не быть ни того, ни другого. Градационные ТР распределяются иначе: цикл всегда начинается с регрессии и она может продолжаться до его конца, а трансгрессия может происходить только в конечной стадии цикла.
В каждом конкретном случае при анализе разрезов необходимо разобраться, с каким типом ТР мы имеем дело. С одной стороны, это вроде бы усложняет картину по сравнению с традиционным подходом, когда «простые» ТР чередуются между собой, а морские циклы рассматриваются как трансгрессивно-регрессивные. Но с другой стороны, они открывают новые широкие возможности для региональных и межрегиональных корреляций, поскольку позволяют связывать события, рассматривавшиеся до сих пор как противоположные и не связанные между собой.
Значение модели для нефтегазовой геологии определяется, прежде всего, новой корреляцией континентальных и морских разрезов. Согласно этой корреляции, континентальные песчаные толщи соответствуют глинистым морским, а континентальные глинистые - песчаным морским. Это изменяет сложившиеся представления о строении региональных резервуаров, соотношении проницаемых комплексов и флюидоупоров, истории их формирования и в конечном итоге требует новых подходов к прогнозу их площадного распространения. Необходимо пересмотреть также индексацию песчаных продуктивных пластов. Не должно быть «сквозных» пластов, распространенных во всех фациальных областях. Как минимум, их нужно разделить на две категории - континентальные и морские.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Казаринов В.П. Мезозойские и кайнозойские отложения Западной Сибири. - М.: Гостоптехиздат, 1958. - 324 с.
2. Haq В. U., Hardenbol J., Vail Р. R. Mesozoic and Cenozoic chronostratigraphy and cycles of sea-level change // С. К. Wilguis et al. (eds.). Sea-level changes: An integrated approach. Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, Tulsa, Okla., Spec. РиЬ1. 42.1988. Р. 71-108.
3. Бейзель А.Л. Изменения интенсивности сноса осадков - основной фактор образования осадочных комплексов (на материале юры Западной Сибири) // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. - 2006. - № 5-6. - С. 34-44.
4. Бейзель А.Л. Роль берега как барьерной зоны при формировании осадочной цикличности // Вестник Томского гос. университета. Серия «Науки о Земле». - № 3 (1). -2003. - С. 36-38.
5. Вассоевич Н.Б. К изучению слоистости осадочных горных пород. - Литологич. сб., II. - М.: Гостоптехиздат, 1948. - С. 24-34.
© А.Л. Бейзель, 2008
