CC BY
33
УДК 551.735(470.31)
Р.Р. Габдуллин1, А.В. Бершов2, Е.Н. Самарин3, Н.В. Бадулина4, М.А. Афонин5, С.И. Фрейман6
ЦИКЛИЧЕСКАЯ И СЕКВЕНТНО-СТРАТИГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИЗЕЙСКО-СЕРПУХОВСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ЮГЕ МОСКОВСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ7
В результате обобщения собственных данных и анализа опубликованных и фондовых источников уточнены строение и условия формирования визейско-серпуховских отложений на юге Московской синеклизы (Серпуховский район Московской области). Уровни карстованных пород отвечают наиболее мелководным и биогенным карбонатным органогенно-обломочным осадкам начальных и конечных фаз эвстатического цикла, т.е. началу трансгрессии (трансгрессивная система трактов) и концу регрессии (вторая половина тракта высокого стояния). В карстовых полостях обнаружены аллювиальные пески р. Ока. Предложена обобщенная модель строения секвенций и проведена сек-вентно-стратиграфическая интерпретация изученного разреза.
Ключевые слова: каменноугольная система, визейский ярус, серпуховский ярус, стратиграфия, секвенции, карст, каротаж, Московская синеклиза.
Composition and origin of Visean—Serpukhovian deposits of the Southern part of the Moscow syncline based upon generalizations of our own results and analysis of published and unpublished data were specified. The levels of karst-influenced rocks correspond to the shallowest biogenic carbonate organogeneous-clastic sediments of the initial and final phases of the eustatic cycle, i.e. the beginning of the transgression (the transgressive system of the tracts) and the end of the regression (the second half of the high-standing tract). In the karst cavities alluvial sands of the Oka river were found. A generalized model of the sequence was proposed and a sequential-stratigraphic interpretation of the studied section was carried out.
Key words: Carboniferous, Visean stage, Serpukhovian stage, stratigraphy, sequences, karst, logging, Moscow syncline.
Введение. Выделение секвенций в разрезах естественных обнажений или скважин позволяет точнее выполнить стратиграфическое расчленение и корреляцию разрезов, а также понять ход геологической истории исследуемого региона. Особенно актуально применение циклического и секвентного методов при интерпретации данных бурения, когда выход керна недостаточен и необходимо сопоставить разрезы скважин.
Цель работы — циклостратиграфический и секвентный анализ верхневизейско-нижнесерпу-ховских отложений на юге Московской синеклизы на примере южных окрестностей г. Серпухов (правый и левый берега Оки, рис. 1, А). Рядом находится лектостратотипический разрез серпу-
ховского яруса в карьере Заборье. Исследуемые отложения района хорошо и детально изучены в серии работ [Махлина и др., 1993; КаЪаиоу, 2004; КаЪаиоу й а1., 2009, 2012, 2013, 2014; Алексеев и др., 2010; Кабанов и др., 2012; А1екзееуа й а1., 2016].
Материалы и методы исследований. Было выполнено: 1) макро- и микроскопическое петрографическое описание керна более 50 скважин; 2) микро- и макропалеонтологическое изучение разрезов скважин (более 100 шлифов); 3) микро-палеонтологически охарактеризованы изученные разрезы; 4) выделены и охарактеризованы элементарные пластовые циклиты; 5) интерпретированы данные акустического, радиоволнового и гамма-
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра региональной геологии и истории Земли, доцент; e-mail: mosgorsun@rambler.ru
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра инженерной и экологической геологии, ассистент; ГК «ПетроМоделинг», ген. дир.; e-mail: alexey.bershov@petromodeling.com
3 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра инженерной и экологической геологии, доцент; e-mail: samarinen@mail.ru
4 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра динамической геологии, ст. науч. с.; e-mail: nvbadulina@mail.ru
5 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра региональной геологии и истории Земли, аспирант; e-mail: mihail282@gmail.com
6 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра региональной геологии и истории Земли, аспирант; e-mail: zaarcvon@gmail.com
7 Работа поддержана ГК «ПетроМоделинг» и РФФИ (проект №18-05-00495).
Рис. 1. Расположение и литолого-стратиграфическая характеристика визейско-серпуховских отложений: А — схематическая карта юга Московской синеклизы с расположением района исследований (серое — азовская па-леодолина); Б — схема сопоставления основных скважин; В — продольный схематический геологический разрез по левому берегу р. Ока: на врезке А: 1 — населенные пункты; 2 — район исследования; 3 — линиаменты, по [Уломов, 2009]; 4 — контуры (на врезке А) и заполнение (на врезке Б) азовской палеодолины, по [Махлина и др., 1993]; на В: 5 — четвертичные отложения техногенного генезиса; 6 — четвертичные пески аллювиального генезиса; 7 — отложения элювиального генезиса (щебень и каменистые развалы); 8 — отложения кол-лювиального генезиса (мука и щебень известняка в супесчано-суглинистом заполнителе); 9— известняки; 10 — глинистые известняки; 11 — глины, 12 — алевриты; 13 — уголь (только на В): 14 — брахиопо-ды — гигантопродук-тиды; 15—19 — геологические границы: 15 — согласные, 16 — несогласные, 17 — с окремнелым хардгра-ундом, 18 — с ризоидами; 19 — абс. отметка (м); 20— глубина скважины (а), глубина геологических границ в метрах и линии корреляции (б); Риз. — ризоиды, Stigm. — стигмарии
50,0 148,0
каротажа; 6) выполнен секвентный анализ отложений и выделены системы секвентных трактов.
В качестве объекта исследований выбран полигон, расположенный южнее г. Серпухов по обоим берегам Оки, где в визейско-серпуховских отложениях пробурено много скважин. Данные геофизических комплексных работ были использованы для корреляции разрезов и включали различные виды каротажа.
Оценка геометрии карстовых полостей, широко развитых в этом районе, а также корректировка полевого описания керна (привязка его к разрезу) и корреляция скважин проводились при помощи комплекса каротажных работ. Разделение палео-карста и молодого карста не проводилось.
Акустический каротаж (АК) позволяет детально изучать тонкую слоистость разреза. АК применялся с целью идентификации геометрии карстовых полостей по зонам с пониженной скоростью (<2000 м/с). Установлено, что карст, как правило, приурочен к отложениям второй половины трактов высокого стояния (ТВС-2) и трансгрессивной системе трактов (ТСТ).
Данные гамма-каротажа (ГК) применялись для корректировки положения глинистых интервалов в разрезах скважин. С повышением глинистости в разрезе отмечается повышение кривой ГК.
Радиоволновой каротаж (ОРПВ) — породы, обладающие более низкими удельным электросопротивлением (рэф) и значениями диэлектрической проницаемости (еэф), характеризуются более высоким поглощением радиоволн. С повышением концентрации ферромагнетиков в разрезе растет диэлектрическая проницаемость, а с повышением пористости падает удельное электросопротивление. Как правило, песчанистые породы и песчанистые разности глинистых и карбонатных пород содержат минералы-ферромагнетики и хорошо опознаются при помощи этого метода.
Литолого-стратиграфическая характеристика. В основном изученные отложения (рис. 1, Б) отвечают верхней части визейского яруса (тульский, алексинский, михайловский, веневский горизонты) и в меньшей степени — серпуховскому ярусу (тарусский горизонт). Последний сильно изменен (элювий), и о его наличии достоверно можно судить, скорее всего, в единичных скважинах. Отложения тульского горизонта (рис. 1) вскрыты только одной скважиной, а кровля нижнекаменноугольных отложений представлена щебнем, из которого было сделано единичное определение фораминифер из тарусского горизонта. Большая часть фактического материала охватывает алексин-ский, михайловский и веневский горизонты. Стра-
тиграфическое расчленение и описание ключевых скважин (рис. 1, В) проводилось А.С. Алексеевым (МГУ имени М.В. Ломоносова). Характеристика отложений этого стратиграфического диапазона изложена в работе [Alekseev et al., 2015], а стратиграфические схемы расчленения в ряде работ [Heckel, Clayton, 2006; Кулагина, 2008; Алексеев и др., 2010, 2013].
Тульский горизонт. Верхняя (ольховецкая) под-свита (C1ol2). Отложения верхней части тульского горизонта вскрыты на глубине 51,8 м (альтитуда 54,46 м) единственной скважиной на видимую мощность 4,5 м и представлены переслаиванием пластов глины алевритовой, черной, углистой глины с мусковитом и марказитом и известняков серых, прочных, слоистых, местами глинистых. Из забоя скважины целый керн поднять не удалось, был поднят песок, что, скорее всего, свидетельствует о карстовой полости.
Алексинский горизонт. Алексинская свита (C^l). Горизонт представлен однообразным чередованием известняков серых, темно-серых массивных, толстоплитчатых фораминиферово-детритовых и известняков неяснослоистых, тонкоплитчатых, детритовых. Органогенный материал составляет в известняках до 60—90%. Мощность отложений горизонта в Московской синеклизе от 11 до 36 м [Махлина и др., 1993].
В основании горизонта нами отмечено, что под первым алексинским известняком залегает 3-метровая пачка слюдистых алевритов светлосерых, глинистых, переслаивающихся с белыми мелкозернистыми песками и тонкими прослойками глин.
Четко видно разнопорядковое цикличное строение толщи. В кровле горизонта известняки серые, плотные, крепкие, тяжелые, слабокавернозные с глубокими каналами растворения, выполненными глиной с растительным детритом (ризоиды). В верхней части разреза горизонта наблюдается пачка переслаивания известняков серых, темно-серых, мергелей темно-серых детритовых (растворенные известняки) и глин морских терригенных, алевритистых, с давлеными брахиоподами, глин лагунных, углистых сажистых с детритом, а также глин континентальных, алевритистых, слюдистых, серых с прослоями аллювиальных песков. Между ними наблюдаются постепенные переходы. Ниже залегает пачка известняков. Далее следует пачка глин, ниже — снова известняков. Известняки серые, массивные, крепкие, брекчиевидные, содержат фрагменты углефицированных стволов деревьев (например, в скважине № 41, интервал 36,7—37,5 м, рис. 2, Б). Мощность каждой пачки
Рис. 2. Фото керна скважин: А — тонкая пластовая цикличность в михайловском горизонте, представленная чередованием известняков, содержащих стигмарии или раковины брахиопод Semiplanus sp. и глин; Б — фрагменты древесины в параличе-ских известняках алексинского горизонта; В — раковины Gigantoproductus sp. в кровле михайловского горизонта; Г — кораллы Syringopora sp. в алексинском горизонте; Д — стигмарии в известняках михайловского горизонта; Е — ризоидные известняки в кровле михайловского горизонта; Lmst — известняк, Cl — глина, St — стигмарии, Riz — ризоидные известняки
составляет несколько метров. В кровле известняков отмечены небольшие или глубокие ризоиды, заполненные песком известковистым или алевритом сильнослюдистым (мусковит). Встречен протяженный биостром Syringopom 8р (рис. 2, Г). Кровля горизонта вскрыта в интервале глубины 31,0—32,0 м (скважины № 41 и 13 соответственно), диапазон альтитуды составляет 68—69 м. Максимальная вскрытая мощность 9,5 м.
Михайловский горизонт. Михайловская свита (СхшЬ). В составе горизонта преобладают серые и темно-серые фораминиферово-детритовые массивные известняки, чередующиеся с более мягкими неясноплитчатыми детритовыми, микрослоистыми известняками (рис. 2). В верхней части разреза горизонта в основном доминируют серые, желтовато-серые, иногда серо-черные, редко белые, пачкающие руки известняки (мощность около 10 м), ниже залегают алевриты, глины и глинистые разности известняков (мергелей) мощностью несколько метров. Доминирующие толщи известняков могут содержать маломощные подчиненные прослои глин, а доминирующие глины — прослои известняков. В кровле горизонта встречаются ризоидные известняки и/или мергели (палеопочвы) с окремненным кровельным панцирем (рис. 2, Е). Местами процессы выветривания переработали кровлю толщи до щебнистого элювия в глинистом заполнителе, залегающем линзовидно. Кровля горизонта четко фиксируется по массовому появлению крупных брахиопод — гигантопродуктид (рис. 2, В) [Мах-лина и др., 1993].
По нашим наблюдениям, нижняя глинистая часть горизонта характеризуется постепенно переходящими одна в другую фациями: а) морские черные глины (иногда брекчированные) с раздавленными растворенными белыми, тонкостенными, однообразными и однотипными раковинами бра-хиопод с марказитовыми конкрециями; б) лагунные черные, сажистые, углефицированные глины с растительным детритом; в) лагунно-континен-тальные, болотные алевритистые и песчанистые глины, местами глинистые алевриты с прослоями углей (рис. 2). Повсеместно встречаются уровни терригенных пород с высоким содержанием мусковита. В основании горизонта встречаются прослои угля мощностью около 0,3 м.
Кровля горизонта вскрыта в интервале глубины 17,9—24,0 м (скважины № 41 и 45 соответственно), диапазон альтитуды 82—84,3 м. Мощность горизонта составляет 12,0—13,6 м (скважины 13 и 41 соответственно).
Веневский горизонт. Веневская свита (С^п). В составе веневского горизонта преобладают светло-серые, крепкие, мелкодетритовые фора-миниферовые известняки, часто пятнистые. Для горизонта характерно широкое развитие водорослевых известняков с Calcifolium. Подчиненное
значение имеют криноидные известняки и серые неясномикрослоистые известняки с тонкостенными фоссилиями, широко развитые в тарусском горизонте [Махлина и др., 1993].
В исследованной нами верхней части этих отложений в кровле первые несколько метров сложены известняком бежевым, серым, биодетри-товым, некрепким, сильнопористым, пачкающим руки, рыхлым, землистым, сильнотрещиноватым и кавернозным, поэтому керн выходит в виде щебня, муки, щебня в муке и глинистом мягкопластич-ном заполнителе. Далее основная часть толщи в основном представлена известняками чуть менее рыхлыми и землистыми, иногда глинистыми, в основании сильноглинистыми, а также мергелями, редко глинами мягкопластичными, пестроцвет-ными. Известняки в некоторых интервалах жел-ваковидные, неравномерно сцементированные, распадающимиеся в руках на части, с кавернами выщелачивания по биокластам, некрепкие и крайне некрепкие. Толща сильно закарстована, глинопесчаный заполнитель полостей и каверн встречается редко. Кровля горизонта вскрыта в интервале глубины 9,0—14,5 м (скважины № 41, 48 и 45 соответственно). Мощность горизонта варьирует от 8,9 до 11,4 м (скважины № 41 и 14 соответственно). Местами в карстовых полостях обнаружены аллювиальные пески Оки.
Палеонтологическая характеристика. Определенная макрофауна включала брахиоподы родов 8ешр1апш (рис. 2, А), Gigantoproductus (рис. 2, В) и кораллы (табуляты) рода "Syringopora" (рис. 2, Г). Она использовалась при расчленении и корреляции разрезов. Например, кровля михайловского горизонта характеризуется массовым появлением гигантопродуктид. Биостром "8уп^орога" sp. в известняках алексинского горизонта протягивается от правого к левому берегу перпендикулярно руслу Оки на протяжении более 500 м на глубине 37—38,0 м (альтитуда около 69—70 м).
В тектоническом плане полигон со скважинами расположен на южном крыле Московской синеклизы. Вдоль долины р. Ока прослеживается серия разрывных нарушений, образующих линейную зону, разделяющую тектонические структуры II порядка: северную — Серпуховскую структурную ступень и южную — Алексинский выступ [Уломов, 2009]. На карте сейсмического районирования территории Российской Федерации ОСР-97С показано, что южнее Москвы в районе г. Серпухов вдоль Оки протягивается тектонический линеамент, что объясняет прямолинейность ее русла в месте исследований.
Вертикальные и субвертикальные трещины, ускорявшие карстовый процесс и глубоко рассекающие керн, отмечены в ряде скважин в толще алексинских и михайловских известняков (таблица). По ним, вероятно, происходило просыпание аллювиальных песков в карстовые полости.
Циклостратиграфическая характеристика. Для каменноугольных отложений Московской сине-клизы типично циклическое строение. Элементарная пластовая цикличность (мощность несколько сантиметров или дециметров) группируется в более крупные циклиты в последовательности И—ГУ порядка. Роль тектонического фактора в визейско-серпуховское время была незначительной или умеренной, существенно большее значение имели гляциоэвстатические изменения уровня океана, связанные с оледенением и последующим таянием ледников на Гондване. Отмечено цикличное строение разреза визейско-серпуховских отложений, проведена их литолого-генетическая типизация, например, выделено 15 литотипов известняков, отвечающих мелководно-морской, лагунной (опресненной и осолоненной) обстановкам [Махлина и др., 1993].
Характеристика изученных трещин
Номер скважины Интервал, м Горизонт Число трещин, шт. Описание трещин
20 27,5-28,0 С1шН2 1 Крупная вертикальная трещина залечена глиной
7 33,7-35,3 С1а!2 1 Вертикальная, длина около 10 см
7 35,5-38,0 С1а11 1 То же
12 20,0-22,0 С1шН2 1
12 25,0-28,0 1
36 24,7-28,0 1
38 25,8-28,8 До 2 на 1 м керна Субвертикальные и наклонные (под углом 60—90°)
Примечания. Сlmh2 — верхняя, преимущественно карбонатная часть михайловского горизонта; С1а12 — верхняя часть михайловского горизонта выше прослоя глин; С1а11 — нижняя часть михайловского горизонта ниже прослоя глин.
Построенные ритмограммы для ряда скважин разрезов веневского, михайловского и алексинско-го горизонтов позволили провести их послойную корреляцию.
На каротажных диаграммах и в керне скважин четко видна разнопорядковая цикличность, при этом основные тренды, например результаты сопоставления кривых гамма-каротажа по стра-тотипическому региону, хорошо коррелируют с материалами предшествующих исследований [Махлина и др., 1993]. Согласно закону Вальтера— Головкинского смена фаций происходит как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении от скважины к скважине. Обстановки циклически сменяют одна другую от континентальных через лагунные до морских. Эвстатические вариации находят отражение в смене литологического состава пород, т.е. в изменении их физических свойств, что приводит к вариациям на каротажных диаграммах. Типичные тренды этих диаграмм и их интерпретация с позиции секвентной стратигра-
фии изложены в работе [Габдуллин и др., 2010]. На каротажных кривых выделены проградационный, ретроградационный и агградационный типы напластования, отвечающие трем палеогеографическим обстановкам — регрессии, трансгрессии и стабилизации положения береговой линии (уровня моря) соответственно.
По хроностратиграфической схеме [Heckel, Clayton, 2006] длительность веневского и михайловского веков составляла 3 млн лет, что дает возможность частично связать пластовые циклиты с циклами эксцентриситета длительностью 1000 тыс. лет. Таким образом, один из факторов формирования циклично построенных толщ — разнопорядковые циклы эксцентриситета земной орбиты (циклы, длительностью 100, 400, 1000 и 2000 тыс. лет).
Секвентно-стратиграфическая характеристика нижнекаменноугольных отложений. Для эпейрических морей Восточно-Европейской платформы характерны следующие системы трактов: тракты низкого стояния (ТНС), трансгрессивная система трактов (ТСТ) и тракты высокого стояния (ТВС). Это отмечено в ряде работ на примере средне- и верхнекаменноугольных разрезов Московской синеклизы и разрезов верхнего мела на Воронежской антеклизе и в Ульяновско-Сара-товском прогибе [Кабанов и др., 2012; Махлина и др., 2001, 1993; Габдуллин, 2010; Габдуллин и др., 2008, 2010]. Времени ТНС отвечают врезанные долины. В частности, одна из таких долин, врезанная в доверейский палеорельеф, длиной почти 500 км выполнена песчано-глинистыми отложениями азовской свиты башкирского яруса. Она проходит несколько севернее района исследований. Глубина ее вреза составляет около 100 м, ширина 2—3 км, редко 6 км. В составе свиты выделяются нижняя и верхняя подсвиты. В нижней части — русловые песчаные или песчано-алевритовые осадочные образования, далее следуют алевритово-глинистые и глинистые отложения пойменных и лиманных фаций [Махлина и др., 2001]. На ее крутом юго-западном склоне в районе Серпухова отмечены пале-ооползни по нижнекаменноугольным отложениям.
Район исследования расположен в области с активно менявшейся палеогеографической обстановкой, часто на границах фаций. Терри-генные элементы разреза — глины и алевриты морские (с мелкими брахиоподами), лагунные, прибрежно-равнинные (с редкими брахиопода-ми и углефицированной растительностью) — и континентальные элементы (мусковитовые, с углефицированной растительностью) отвечают тракту высокого стояния, трансгрессивной системе трактов или второй половине тракта высокого стояния (ТВС-2) и времени тракта низкого стояния (ТНС) соответственно (рис. 3). Глины с углями (лимническая обстановка) отвечают трансгрессивным системам трактов (ТСТ) и регрессивной
части второй половины тракта высокого стояния (ТВС-2), а также предположительно трактам низкого стояния (ТНС, рис. 3). Известняки с углями (паралическая обстановка) маркируют трансгрессивные системы трактов (ТСТ) и регрессивную часть второй половины тракта высокого стояния (ТВС-2, рис. 3). Известняки характеризуют первую половина тракта высокого стояния (ТВС-1, рис. 3). Глинистые известняки отвечают концу трансгрессивного тракта (ТСТ) и началу тракта высокого стояния (ТВС).
Известняки со стигмариями маркируют континентальные перерывы, границы тектоно-эвстати-ческих циклов и их элементов, границы секвенций и системных трактов. Они представляют собой временной аналог ТНС (рис. 3).
Секвенции и их элементы (ТНС, ТСТ и ТВС) четко опознаются в разрезах скважин и на каротажных диаграммах. На каротажных диаграммах видно двух- и трехчленное строение свит и подсвит (прообраз ТНС, ТСТ и ТВС).
Характер закарстованности массива известняков позволяет соотнести определенные уровни разреза с отвечающими им секвентными трактами. Как правило, лучше всего карстуются начальные трансгрессивные и конечные регрессивные известняки (элементы разреза). Карстовый процесс приурочен к наиболее мелководным пористым биогенным известнякам второй половины трактов высокого стояния (ТВС-2) и трансгрессивной системе трактов (ТСТ), косвенно он может служить индикатором палеогеографических условий. Заполнение карстовых полостей разнообразное и включает песок, щебень известняка, известковую муку, брекчии, глины (рис. 4).
Отложения тарусского горизонта распространены локально, часто глубоко элювиированы, местами трудноотличимы от подстилающих их ве-невских отложений. В результате корреляции скважин по акустическому каротажу (без ГК, ОРВП) установлено, что карстовые полости приурочены к тарусско-веневским (полости редкие, но большие), верхнемихайловским (полости протяженные, обширные) и нижнемихайловским (полости крайне редкие и маленькие). Их максимум тяготеет к верхней части михайловского горизонта. Кроме того, по данным акустического и радиоволнового каротажа и межскважинного просвечивания, отмечено, что карстовые полости расположены на одном альтиметрическом уровне (рис. 1, В; рис. 4).
Таким образом, уровни закарстованных пород можно соотнести с наиболее мелководными и карбонатными органогенно-обломочными осадочными образованиями начальных и конечных фаз седиментологического или эвстатического цикла, т.е. с началом трансгрессии и концом регрессии (рис. 4, А). Это дает возможность интерпретировать карстовые уровни как ТСТ и ТВС-2 и перейти от
полевого описания скважин к их секвентно-эв-статической (стратиграфической) интерпретации (рис. 4, Б).
Смена систем трактов находит отражение на флуктуациях каротажных диаграмм. Рассмотрим эвстатические вариации михайловского и венев-ского времени.
В михайловском веке установлено 6 вариаций, а в веневском — 3 [КаЪаиоу е1. а1., 2014]. Обозначим эвстатические циклы михайловского века М1—М6, веневского века — В1—В3, а тарусского — Т. Флуктуации в геологическом разрезе идентичны вариациям на каротажных кривых (гамма- и радиоволновой каротаж), что дает возможность считать сами вариации на каротажной диаграмме и их число прообразом эвстатических или секвентных циклов. Таким образом, в рассматриваемом районе нами установлены эвстатические (или секвентные) циклы согласно предшествующим исследованиям [там же]. Смена систем трактов также находит отражение на микроскопическом уровне при описании шлифов (рис. 5). В результате петрографического анализа выделены трансгрессивная система трактов (алевриты, глины, глинистые и органогенные известняки — мадстоуны, пакстоуны и грейнстоуны), тракты высокого стояния (глины, глинистые известняки, органогенные известняки (пакстоуны), тракты низкого стояния (палеопочвы, ризоидные известняки со стигмариями).
Рассмотрим разрез скважины № 39 (рис. 5), для которой есть результаты каротажа и литологи-ческое описание пород (керн и шлифы). Для ТВС характерно увеличение зернистости вверх по разрезу, а для ТНС и ТСТ, наоборот, — уменьшение. Границы системных трактов четко фиксируются по пикам на обеих или хотя бы на одной каротажной кривой.
Рассмотрим стратиграфически сверху вниз выделенные секвенции (рис. 4, 5) для нижней части тарусского горизонта (секвенция Т), веневского горизонта (секвенции В3—В1), михайловского горизонта (секвенции М6—М1). Следует отметить, что «сводный разрез» секвенций был составлен по совокупности всех изученных скважин и всего имеющегося материала. Очевидно, что в каждой скважине в силу ряда причин (например, разный выход керна) невозможно увидеть осадочные образования всех элементов секвенций, т.е. полный стратиграфический разрез.
Секвенция Т (нижняя часть тарусского горизонта) представлена детритовыми известняками, по микроскопическому описанию биокластовыми, а также неслоистыми известняками с форамини-ферами и иглокожими. Секвенция характеризуется присутствием следующих элементов: ТСТ и ТВС. ТСТ представлены крепкими кавернозными пятнистыми известняками, при микроскопическом описании это биокластовый известняк, пакстоун.
полное осушение территории
регрессия
стабилизация уровня моря
§ и
И
£ и
и
трансгрессия, углубление бассейна
Л %
м н и
к
и
ТИП 1
«ГЛИНИСТЫЙ» (НИЖНЯЯ ЧАСТЬ МИХАЙЛОВСКОГО ГОРИЗОНТА)
ТИП 2
«КАРБОНАТНЫЙ» (ТАРУССКИЙ, ВЕНЕВСКИЙ, ВЕРХНЯЯ ЧАСТЬ МИХАЙЛОВСКОГО ГОРИЗОНТА)
тнс ] ЕЕ ЦП ризоидные известняки,
7 Ш | лу1\ со стигмариями
твс-2
......... ■
уголь
глины и алевриты, в кровле с органическим детритом, атритом и прослоями углей
уголь
глины и алевриты, в кровле с органическим детритом, атритом и прослоями углей известняки с органическим детритом, атритом и прослоями углей_
твс-1
глины
известняки
глины с подчиненными 1 - 1-
прослоями мергелей и глинистых известняков - 1 1-1 1 -
известняки-ракушняки
□
.■■■ л л
глины и алевриты, в госно в аниигс<бхзатльной1 галькой
№
и
о н X
о
о *
X
Рис. 3. Сводные разрезы секвенций
модель строения и радиоволновой
I—I—I—I—г
О 10002000 3500 п,
К, м/с
(C.vn-ty)
14.25 193.64
28,40
Секвенция М2+3 (по кривой ГК [Махлина и др., 1993); 30,00
Секвенция М1 (по кривой ГК [Махлина и др., 19931)
93,14
(C,vn-trJ
M3<L
Qmh^
_JTK, мкР/ч
Cjiiih?)
Скв. 36 РЕЗУЛЬТАТЫ ТИС
0 10 100 1000
I_I I lllllll_I I IIIIIII_ШШ11
, Ом-м
ПРОДОЛЬНЫЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗРЕЗ ^ ПО ПРАВОМУ БЕРЕГУ Р. ОКА
7 Скв. 36 Абс. отм., м
I Кв. / П ПП 1 П7 «О
РЕЗУЛЬТАТЫ ГИС
.......2 00
мкР/ч рзф , Ом • м
105.79
СЕКВЕНТНО-СТРАТИГРАФИЧЕСКИЙ РАЗРЕЗ
7
Скв. 36
07.89
Рис. 4. Секвентно-стратиграфическая характеристика визейско-серпуховских отложений: А — продольный геологический разрез по правому берегу р. Ока, Б — секвенций и результаты геологического исследования скважин (ГИС: гамма-каротаж, мкР/ч (ГК), акустический каротаж (АК, скорость продольных волн (17р), м/с) каротаж (ОРПВ, удельное электросопротиштение (рэф) и диэлектрическая проницаемость (еэф)). Условные обозначения см. на рис. 1
ТСТ характеризуется ретроградационным трендом. ТВС — проградационный тренд (рис. 4), представлен мелкозернистыми детритовыми известняками, микроскопически биокластовыми известняками, грейстоунами. Граница секвенции (тракта) установлена по смене тренда кривой каротажа. Мощность секвенции 1,8 м, а ТСТ 1,2 м и ТВС 0,6 м.
Секвенция В3 (верхняя часть веневского горизонта) сложена органогенными сильнотрещиноватыми известняками с большим количеством каверн выщелачивания и состоит из тех же элементов ТСТ и ТВС. ТСТ представлена органогенными кавернозными известняками, микроскопически биокластовыми неслоистыми известняками, пакстоунами и грейнстоунами, характеризуется ретроградационным трендом. ТВС — програда-ционный тренд — представлен органогенными сильнотрещиноватыми известняками, микроскопически — биокластовыми известняками, грей-стоунами. Мощность секвенции 3 м, ТСТ 1,1 м, ТВС 0,4 м (рис. 4).
Секвенция В2 (средняя часть веневского горизонта) представлена чередованием прослоев более крепких и более рыхлых детритовых известняков, микроскопически это биокластовые неслоистые известняки — грейнстоуны и пакстоуны. Секвенция характеризуется присутствием в ТВС-2 агградационного тренда. Мощность секвенции 2,7 м (рис. 4).
Секвенция В1 (нижняя часть веневского горизонта) представлена кавернозными и ризоидными известняками, микроскопически биокластовыми неслоистыми известняками, греустоунами, паксто-унами и вакстоунами. Секвенция характеризуется «следами» ТНС (ризоидные известняки). Мощность секвенции 3,3 м (рис. 4).
Секвенция M6 (верхняя часть михайловского горизонта) представлена очень прочными ризо-идными известняками со стигмариями (рис. 2, Д, Е) — аэральная экспозиция осадков ТВС во время перерыва, это аналог ТНС. Микроскопически представлена биокластовыми неслоистыми известняками, преимущественно пакстоунами. Мощность секвенции 1,7 м, ТВС 0,7 м, ТНС 1,0 м (рис. 4).
Секвенция М5 (верхняя часть михайловского горизонта) представлена известняками-ракушня-ками с обильными раковинами Gigantoproductus (рис. 2, В), микроскопически — биокластовыми неслоистыми известняками-пакстоунами. Секвенция в нижней части характеризуется присутствием ТСТ (трансгрессия, углубление бассейна), представленного ретроградационным трендом, а в верхней части ТВС (проградационный тренд). Мощность секвенции 18 м, ТСТ 0,8 м, ТВС 1,0 м (рис. 4).
Секвенция М4 (средняя часть михайловского горизонта) представлена органогенными известняками с выщелоченными биокластами моллюсков,
микроскопически биокластовыми неслоистыми известняками-пакстоунами. Секвенция характеризуется присутствием ТСТ и ТВС. Мощность секвенции 2,4 м, мощность ТСТ 1,3 м, а ТВС 1,1 м (рис. 4).
Объединенная [Kabanov et. al., 2014] секвенция М2+3 (нижняя часть михайловского горизонта) представлена известняками с большим количеством черных обугленных растительных остатков (лимнические толщи ТВС-2 и ТНС), главным образом подземных побегов стигмарий (рис. 2, А). Довольное четко на кривой гамма-каротажа [Махлина и др., 1993] опознаются два системных тракта (ТСТ и ТВС-2). Мощность секвенции не менее 1,4 м, ТВС-2 1,0 м, ТНС+ТСТ 0,4 м (рис. 4).
Секвенция М1 (нижняя часть михайловского горизонта) представлена глинами, прослоями мергелей и известняков, алевритами. Секвенция характеризуется ТВС (проградационный тренд) и ТСТ (ретроградационный тренд). Мощность секвенции 2,3 м, ТСТ 1,0 м, ТВС 1,3 м (рис. 4).
В итоге в михайловском горизонте выделено не менее пяти секвенций, в веневском — три секвенции. Тарусский горизонт обнажен частично и изменен элювиальными процессами (выделена одна секвенция). Тульский горизонт вскрыт единственной скважиной.
Выводы. 1. Установлено цикличное строение верхневизейских—нижнесерпуховских терриген-но-карбонатных отложений на юге Московской синеклизы по керну скважин (полевое описание и петрографическое исследование в шлифах) и каротажу. Полученные нами данные совпадают с материалами предшественников.
2. Цикличное строение разреза объясняется цикличной сменой палеогеографических условий седиментации от континентальных через лагунные до мелководно-морских. Выделены трансгрессивная система трактов (алевриты, глины, глинистые и органогенные известняки — мадсто-уны, пакстоуны и грейнстоуны), тракты высокого стояния (глины, глинистые известняки, органогенные известняки-пакстоуны) и тракты низкого стояния (палеопочвы, ризоидные известняки со стигмариями).
3. В алексинском горизонте выделено не менее двух секвенций, в михайловском — не менее пяти, в веневском — две, в тарусском — не менее одной (горизонт обнажен частично и изменен элювиальными процессами). Тульский горизонт вскрыт единственной скважиной, что не дает возможности выделить секвенции.
4. Южнее Серпухова вдоль Оки протягивается тектонический линеамент, объясняющий прямолинейность ее русла в месте исследований. Приуроченность района исследований к зоне разлома подтверждена слабыми деформациями осадочного чехла вследствие новейших тектонических дислокаций, в частности вертикальными трещинами от
С кв. 39 О м
Скважина 39 результаты тис 10 100
Рис. 5. Петрографическая и геофизическая характеристика разреза визейско-серпу-ховских отложений в скважине № 39. Слева фото шлифов в проходящем свете: интервал 8,30—12,40 м, тарусский горизонт: А — образец (обр.) 39/8,8 м, пак-стоун, известняк био-морфный; Б — обр. 39/11,8 м, пакстоун, известняк биоморф-ный; В—Е — интервал 12,40-20,0 м, венев-ский горизонт: В — обр. 39/13,8 м, грейнстоун, известняк с биокласта-ми; Г — обр. 39/14,2 м, грейнстоун, известняк биоморфный; Д — обр. 39/18,0 м, вакстоун, известняк с биокластами; Е - обр. 39/18,8 м, грейнстоун, известняк биоморфный; Ж—3 — интервал 20,40-29,50 м, Михайловский горизонт: Ж - обр. 39/19,7 м, мадстоун, известняк с биокластами; 3 — обр. 39/21,1 м, пакстоун, известняк биоморфный, интервал 33,2—40,0 м. Справа — результаты ГИС (гамма-каротаж, мкР/ч и удельное сопротивление (Ом-м)). Буквами показано положение образцов в разрезе скважины
ция М2+3\
поверхности каменноугольных отложений и вплоть до толщ алексинских и михайловских известняков. По этим трещинам, вероятно, происходило просыпание аллювиальных песков Оки в карстовые полости.
5. Уровни закарстованных пород можно соотнести с наиболее мелководными и биогенными карбонатными органогенно-обломочными осадками начальных и конечных фаз седимен-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Алексеев А. С., Горева Н.В., Кулагина Е.И., Пучков В.Н. Каменноугольная система и ее «золотые гвозди» // Природа. 2010. № 7. С. 42-49.
Алексеев А. С., Горева Н.В. Полевое совещание Международной подкомиссии по каменноугольной стратиграфии «Стратотипические разрезы, предлагаемые и потенциальные ТГСГ карбона в России», 11-18 августа 2009 г. // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2010. Т. 18, № 5. С. 92-96.
Алексеев А.С., Горева Н.В., Коссовая О.Л. Стратиграфические схемы каменноугольной системы Восточно-Европейской платформы: современное состояние // Состояние стратиграфической базы центра и юго-востока Восточно-Европейской платформы: Мат-лы совещ. ВНИГНИ. М.: ВНИГНИ, 2016. С. 56-63.
Алексеев А.С., Коссовая О.Л., Горева Н.В. Состояние и перспективы совершенствования общей шкалы каменноугольной системы России // Общая стратиграфическая шкала России: состояние и перспективы обустройства. М., 2013. С. 165-177.
Габдуллин Р.Р. Секвентно-стратиграфический подход при инженерно-геологических работах // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология 2010. № 6. С. 79-83.
Габдуллин Р.Р., Иванов А.В., Кошелев А.В., Копае-вич Л.Ф. Тренинг по секвентной стратиграфии: Учеб. пособие по повышению квалификации специалистов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2010.
Габдуллин Р.Р., Копаевич Л.Ф., Иванов А.В. Секвент-ная стратиграфия. М.: МАКС Пресс, 2008. 113 с.
Кабанов П.Б., Алексеева Т.В., Алексеев А. О. Сер-пуховский ярус карбона в типовой местности: седи-ментология, минералогия, геохимия, сопоставление разрезов // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2012. Т. 20, № 1. С. 18-48.
Кулагина Е.И. Объемы и границы подразделений международной стратиграфической шкалы карбона на Южном Урале // Геол. сб. 2008. № 7. С. 205-218.
Махлина М.Х., Вдовенко М.В., Алексеев А.С. и др. Нижний карбон Московской синеклизы и Воронежской антеклизы. М.: Наука, 1993. 221 с.
Уломов В.И. Инструментальные наблюдения сейсмических проявлений Восточно-Карпатских землетрясений на территории Москвы // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2009. № 3. С. 34-42.
тологического или эвстатического цикла, т.е. с началом трансгрессии и концом регрессии. Это дает возможность интерпретировать карстовые уровни как трансгрессивную систему трактов (ТСТ) и вторую половину тракта высокого стояния (ТВС-2). Предложена обобщенная модель строения секвенций (рис. 3) и проведена секвент-но-стратиграфическая интерпретация изученного разреза (рис. 4 и 5).
Alekseev A.O., Kabanov P.B., Alekseeva T.V., Kalinin P.I. Magnetic susceptibility and geochemical characterization of an upper Mississippian cyclothemic section Polotnyanyi Zavod (Moscow Basin, Russia). Magnetic Susceptibility Application: A Window Onto Ancient Environments and Climatic Variations // Geol. Soc. Spec. Publ. 2015. Vol. 414., London. P. 181-196.
Aleksseeva T.V., Alekseev A.O., Gubin S.V. Palaeoen-vironments of the Middle-Late Mississippian Moscow Basin (Russia) from multiproxy study of palaeosoils and palaeokarsts // Palaeogeography. Palaeoclimatology. Palae-oecology. 2016. Vol. 450. P. 1-16.
Heckel P.H., Clayton G. The Carboniferous system. Use of the new official names for the subsystems, series, and stages // Geol. Acta. 2006. Vol. 4. P. 403-407.
Kabanov P. Serpukhovian stage stratotype in Zaborje quarry (Moscow region). P. 2. Subaerial exposure profiles and cyclicity // Stratigr. Geol. Correl. 2004. Vol. 12. N 3. P. 253-261.
Kabanov P.B., Alekseeva T.V., Alekseev A.O. Serpuk-hovian stage of the Carboniferous in its type area: facies, geochemistry, mineralogy, and section correlation // Stratigr. Geol. Correl. 2012. Vol. 19. N 1. P. 1-30.
Kabanov P.B., Alekseev A.S., Gabdullin R.R. et al. Progress in sequence stratigraphy of Upper Visean and lower Serpukhovian of Southern Moscow Basin, Russia // Newsletter on Carboniferous Stratigraphy. 2013. Vol. 30. P. 55-65.
Kabanov P.B., Alekseev A.S., Gibshman N.B. et al. The upper Visean-Serpukhovian in the type area for the Serpukhovian Stage (Moscow Basin, Russia): Pt. 1. Sequences, disconformities, and biostratigraphic summary // Geol. J. 2016. Vol. 51, N. 2. P. 163-194.
Kabanov P.B., Alekseev A.O., Zaitsev T. The upper Visean-Serpukhovian in the type area for the Serpukhovian Stage (Moscow Basin, Russia). Pt. 2. Bulk geochemistry and magnetic susceptibility // Geol. J. 2014 (wileyonlinelibrary. com. DOI: 10.1002/ gj.2623
Kabanov P.B., Gibshman N.B., Barskov I.S. et. al. Zaborie section. Lectostratotype of Serpukhovian stage // Type and reference Carboniferous sections in the South Part of the Moscow Basin. Field Trip Guidebook of Intern. I.U.S.C. Field Meeting, Aug. 11-12, Moscow. M., 2009. P. 45-64.
Поступила в редакцию 25.01.2018
