Карбонатные фации в геологической истории. Глава 5. Нижнекаменноугольные уолсортские фации. | Lithology.Ru - Литология.РФ :

Карбонатные фации в геологической истории. Глава 5. Нижнекаменноугольные уолсортские фации.

Массивные пелитоморфные известняки, содержащие рассеянные обломки криноидей и мшанок и образующие линзовидные постройки и купола, представляют своеобразные и повсеместно распространенные в северном полушарии фации нижнекаменноугольных (турнейско-визейских) отложений. Породы таких построек получили название уолсортских фаций, по названию деревни в Динантском бассейне в Бельгии, к югу от г. Намюр. Купола и массивные покровы известняков того же возраста и типа детально изучены в Пемброке, Дербишире и в Пеннинах в Англии и в Ирландии; они встречены также в Центральной Франции. Во всех этих регионах региональное палеотектоническое положение уолсортских куполов и линз показывает, что они являются преимущественно промежуточными фациями окраин шельфов, занимающими положение между отложениями геосинклинальных впадин и шельфов, которые формировались в условиях открытой циркуляции морских вод (рис. V-1).

Похожие фации известны в серии Осаги (нижний миссисипии) Северной Америки. Микритовые купола, окруженные ореолами криноидных пород, имеются в горах Биг-Сноуи - Маунтинс, к западу от поднятия Центральной Монтаны, в хр. Бриджер-Рейндж в Монтане [78, 343], в отложениях формации Буни Северно-Восточной Оклахомы вокруг купола Озарк [144, 374] и по скважинам на севере Центрального Техаса. В последнем из указанных районов дугообразный пояс, включающий округлые в плане массы, имеющие в поперечнике размеры до 1 мили и возвышающиеся на 500 футов над платформой, сложенной известняками Чейпел [285; 379, с. 61], простирается от округа Команчи до Монтэгью. Наиболее выразительные и наилучшим образом изученные обнажения этих   фаций в Северной   Америке находятся    в горах Сакраменто в штате Нью-Мексико. Неправильные тела известняков, которые могли образоваться в результате того же осадочного процесса, известны также в провинции Альберта в отложениях формации Аппер-Банф на горе Гротто-Маунтин.

Рис. V-1. Карта нижнекаменноугольных фаций Западной Европы, показывающая известняковые шельфы, окаймляющие герцинские поднятия (точки). Фации кульма во впадинах представлены черными глинистыми кремнистыми известняками и алевролитами

РЕГИОНАЛЬНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ УОЛСОРТСКИХ ФАЦИЙ

Несмотря на сложность структуры и осадконакопления в геосинлиналях, палеогеография каменноугольного времени в Европе достаточно хорошо изучена и фации легко могут быть увязаны с тектоническими структурами. В Динантском бассейне Южной Бельгии можно видеть последовательную смену фаций по направлению от приподнятого Брабантского массива к герцинскому прогибу, выполненному тонкозернистыми обломочными турбидитами (кульм). Позднее в палеозое все эти слои были смяты в изоклинальные складки, и только благодаря детальному стратиграфическому исследованию удалось установить точное распределение фаций в пространстве и времени [97, 229]. Эти исследования включали сопоставления биостратиграфических, зон, основанных на распределении кораллов и фораминифер в шельфовых фациях, с зонами аммонитов и конодонт в прогибах.

Массивные, типичные уолсортские фации охватывают верхнюю часть турнейского и нижнюю часть визейского ярусов и местами обладают значительным градиентом мощностей (более 100 м на 1,5 км), указывающим на наличие куполоподобных форм. Массивные уолсортские фации быстро сменяются литокластическими образованиями и криноидными известняками, в частности к югу от неправильного главного пояса куполов, простирающегося на восток от г. Авьена во Франции (рис. V-2). Эти купола отделяют расположенную на севере мелководную лагуну от глубоководного прогиба, который простирается на юг и выполнен геосинклинальными фациями кульма. Существовавшая предположительно на юге суша массива Арденн усложняет палеогеографическую обстановку. Залегающие между куполами и вне куполов слои представлены, как правило, темными криноидными вакстоунами и пакстоунами (известняки Ивуар) с кремнями и перекрываются светлоокрашенными, с большим количеством микрита и с меньшим количеством остатков криноидей, известняками (формация Леффе). Зона фациального перехода к массивным уолсортским слоям сильно доломитизирована. Наиболее верхние слои лагуны, расположенной за куполами, имеют ранневизейский возраст и налегают на купола. Это черные плитчатые тонкослоистые глинисто-фораминиферовые вакстоуны и пелитоморфные известняки (мадстоуны) с некоторым количеством пакстоунов; накапливались в субприливных условиях и являются нижней частью разреза знаменитого карьера Марбр-Нуар.

Сходные уолсортские фации края шельфа распространены в западной части Центральных графств Британских островов (в Ланкашире и в Северо-Западном Йоркшире). Они распространены также в Центральной Ирландии, окружая приподнятые участки внутри герцинских прогибов и образуя крупные купола, возвышающиеся более, чем на 100 м во впадинах, выполненных глинистыми сланцами. Хорошей иллюстрацией этих «куполов известковых туфов» Англии является карта (рис. V-3), составленная по материалам Паркинсона [269] и Хадсона и Коттона [163]. Выходы этих пород в Ирландии свидетельствуют  о взаимоотношениях,  весьма  похожих  на  те,  которые  наблюдаются в Англии (рис. V-4 и 5). Современные петрографические исследования пород Ирландии более детально выполнены Лисом [210, 211], Шварцахером [320] и Филкоксом [274, 275].

 

Рис. V-2. Фации динантского известняка во Франко-Бельгийской впадине. Публикуется с разрешения лаборатории «Ройял Шелл Эксплорейшен энд Продакшен Ризёрч», Нидерланды. Обращают на себя внимание уолсортские фации на южном краю впадины и лагунные фации Марбр-Нуар (Черный Известняк) к северу от них; от Брабантского массива они отделены прибрежным поясом криноидных доломитов. Мощности (в м)

/ - краевая зона - криноидные и доломитовые фации; 2-3 - центральная зона (2 - уолсортские рифовые фации, 3 - фации черных известняков); 4 - зона   трансгрессивного   залегания - визейские   известняки;     5 - фации,   установленные  бурением; 6-мощность динанта (в м)

 

Рис. V-З. Распространение фаций верхнего динанта в Северной Англии. По Паркинеону [269, рис. 1] и Хадсону и Коттону [163]. Показаны краевые уолсортские фации вокруг впадины Северной Англии и купола внутренних частей впадины в Клитероу. Иллюстрация публикуется с разрешения первого автора и Американской ассоциации геологов-нефтяников

1 - фации приподнятых (стабильных) участков; 2 - фации впадины; 3 - окраинные рифовые фации

Рис. V-4. Карта изопахит Уолсортского комплекса илистой банки в Южной Ирландии. Мощности в футах. Участки суши заштрихованы. По Лису [210, рис. 3]

Рис. V-5. Палеогеографическая и литофациальная карта Уолсортекой банки в Южной Ирландии. По Лису [210, рис. 1]. Илистые уолсортские фации показаны в их максимальном распространении, в поясе между илами впадины (кульм) и лагунными фациями. Последние также содержат многочисленные рассеянные банки (не показаны). Точечными линиями оконтурены массивы суши (1 - Гэлуэй - Мэйо, 2 - Лонгфорддаун, 3 - Лейнстер)

/ - морские обломочные фации; 2 - уолсортский комплекс банки; 3 - лагунные фации с рассеянными уолсортскими банками; 4 - фации илов

Главные типы фаций и их палеотектоническое положение в Европе

1. Уолсортские фации чистых вод открытого моря. Массивные уолсортские микритовые фации лежат на некотором расстоянии от каких-либо масс суши и являются типичными фациями окраины шельфа. Участки суши, которые являлись главным образом изолированными блоками, возвышавшимися в виде островов на шельфе, поставляли на шельф некоторое количество терригенного материала, но эти осадки не достигали области распространения уолсортских фаций.

2. Фации впадины (бассейновые фации), называемые кульмом, представлены глинистыми сланцами, песчаниками и известковыми аргиллитами. Терригенные. осадки были снесены, по-видимому, откуда-то из Южной Европы и частично отлагались в глубоководных условиях. По характеру слоистости эти отложения напоминают флиш.

Рис. V-6. Профиль Уолсортских банок, показывающий рост слоев пелитоморфных известняков с первичным наклоном слоев, со строматактоидными текстурами и биокластическим детритом, залегающим параллельно наклону. Вертикальная мощность обычно составляет лишь несколько метров. По Лису [210, рис. 5]

 

3.         Шельфовые фации, расположенные за уолсортскими куполами, весьма разнообразны. На этих шельфах обычно отлагались слои, характеризующие условия открытой циркуляции вод. Черные (но не обогащенные органическим веществом) глинистые и плитчатые известняки фации шельфовых лагун установлены в Бельгии. Шельф, расположенный над разрывом Кравен в Англии (известняк Грейт-Скар на рис. V-10) перекрыт слоями криноидно-мшанковых вакстоунов и маломощных косослоистых зернистых известняков с банками, сложенными раковинами Gigantoproductus и коралловыми известняками. Эти слои содержат не слишком много окаменелостей. Шельфовые слои, эквивалентные наиболее высоко залегающим куполам, образовались при участии привноса дельтового обломочного материала с севера Англии и Шотландии и слагают четко цикличные йордейлские слои. В Ирландии вокруг островов отлагались маломощные мелководные оолитовые и водорослевые известняки, но отложения приливных равнин редки. Пространство шельфа между уолсортскими образованиями и сушей усеяно изолированными куполами и межкупольными фациями, образовавшимися явно в условиях открытого моря.

4.         Структурный контроль уолсортских фаций. Прогибание в главном поясе уолсортских фаций происходило быстро. В Ирландии общая их мощность составляет почти 1000 м. Стадии роста и постепенное выдвижение в сторону впадины в этих массивных образованиях могут быть прослежены при тщательном исследовании первичных наклонов, подчеркнутых слоистостью и ориентированными заполнениями кристаллическим кальцитом пустот (строматактоидные текстуры) - рис. V-6 и 7. В региональном плане переход уолсортских фаций в фации шельфа происходит постепенно, а в фации впадины - очень быстро. Таким образом, в Северной и Западной Ирландии формировался склон, прилежащий к стабильным блокам.

Уолсортские купола развиты также во впадинах. В Англии (Йоркшир и Дербишир) уолсортские образования представлены крупными эллиптическими или округлыми куполами, расположенными в прогибе^ который существовал между Пеннинами и Землей Святого Георга. Некоторые купола достигают 100-150 м высоты над дном древнего моря и нескольких километров в поперечнике (рис. V-8 и 9); окаймлены они темными тонкозернистыми терригенными отложениями. На существование подводного рельефа указывают крутые склоны облекающих слоев и куполов; углы наклона достигают 30-50°. Присутствуют боковые отложения, представленные криноидными зернистыми известняками, но они не обычны. Оползневые массы, брекчии и конгломераты, образовавшиеся за счет синседиментационного разрушения куполов, относительно редки по сравнению с подобными образованиями других типов холмов, куполов и рифов, известных в геологическом прошлом. В северном Пеннинском блоке в Англии рост куполов контролировался разрывами: блок ограничен с юга зоной разрыва Кравен, вдоль которой располагаются уолсортские купола (см. рис. V-8). Эти разрывы имеют ранне-каменноугольный возраст, но они были омоложены третичными движениями; вдоль них расположены прекрасные обнажения (рис. V-10). Перекрывающие блок шельфовые отложения представлены известняком Грейт-Скар и цикличными йордейлскими слоями, а микритовые уолсортские купола встречаются только в опущенном крыле разрыва. Эти купола окружены маломощными и неправильно слоистыми черными кремнистыми известняками с прослоями биокластического материала, включающего энкриниты. Прослои черных глинистых сланцев могут быть весьма богаты окаменелостями. Таким образом, купола формировались батиметрически ниже шельфа, на опущенном крыле растущего разрыва и в глубоководных условиях, образуя тип 1 профиля окраины шельфа (гл. XII и [417]. На рис. V-8 и 9 изображены две смежные области в центральных графствах Англии. Хадсон полагал, что первичный рельеф куполов, расположенных вдоль разрыва Крейвен, был видоизменен   в   результате   преднамюрской   (пенсильванской)   эрозии.

Рис. V-7. Схема холма в округе Гэлуэй, Ирландия, показывающая концентрические линии роста уолсортской банки. По Лису [211, рис. 10]. Публикуется с разрешения автора и Лондонского Королевского общества

/ - известняки банки; 2 -лагунные известняки и кремни; 3 - горизонтальное залегание слоев 1-i - стадии роста банки

 

Рис. V-8. Пояс уолсортских куполов пелитоморфных известняков, приуроченный к разрыву Крейвен, Вест-Райдинг, йоркшир. Купола расположены на опущенном крыле разрыва Мидл-Крейвен. По Паркинсону [269, рис. 11]. Публикуется с разрешения Американской ассоциации геологов-нефтяников.

N. С. F.- раарыв Норт-Крейвен, М. С. F.- разрыв Мидл-Крейвен: / - холмы (бугры) рифовых известняков, 2 - серия Йордейл, намюр и более молодые отложения; 3 - нижний карбон, 4 - докаменноугольные отложения

Рис. V-9. Карта «рифовых бугров» или холмов пелитоморфных известняков; показаны детали строения двух линейных поясов построек близ Клитероу и Бауленда во впадине Северной Англии. Холмы -купола расположены в стороне от осей антиклиналей, но параллельно им. См. также рис. V-3. По Паркинсону [269, рис. 5], с разрешения Американской ассоциации геологов-нефтяников

/ - пермь; 2 - жерновый песчаник; 3 - нижний карбон  (с буграми)

Рис. V-10. Меридиональный геологический разрез каменноугольных известняков, йордейлских циклотем, глинистых сланцев Бауленд и жернового песчаника в районе Фел-Кантри и зоне разлома Крейвен. Обращают на себя внимание   уолсортские   купола   («рифы»)   вдоль современного   опущенного крыла разлома Крейвен. По Хадсону [162]

Уолсортские купола в миссисипских фациях Северной Америки

Несмотря на то что в Северной Америке имеются отличные обнажения, региональные взаимоотношения фаций из-за неудачного расположения этих обнажений менее ясны. В горах Сакраменто в штате Нью-Мексико миссисипские слои (криноидные известняки Лейк-Валли) обнажены вдоль их западного фаса в полосе, простирающейся меридионально на расстояние около 35 км; они были здесь тщательно закартированы [287, 245]. В северной части этого узкого пояса купола расположены на однообразных известняках основания и окружены энкринитами (рис. V-11). Это многочисленные линзообразные и отчасти неправильной формы тела, с северо-северо-западным простиранием. Более ясно выраженные шельфовые условия преобладали, вероятно, к северу и востоку от современных выходов, но эти отложения невозможно наблюдать, так что выводы приходится делать на основе более широких региональных предпосылок (рис. V-12).

С другой стороны, на южном конце горного пояса Сакраменто расположены более изолированные, более крупные и более островершинные купола. Крупные купола, такие как Мул-Шоу [285] возвышаются более чем на 100 м над дном древнего моря (рис. V-13). В южном направлении вдоль фронта гор слои с куполами исчезают из разреза. Там, где в расположенных южнее горах Франклин и Хуэкос наблюдаются миссисипские слои, отложения нижнего миссисипия маломощны или вообще отсутствуют, а предполагаемая некомпенсированная впадина к югу от Нью-Мексико [15, 414] была заполнена среднемиссисипскими кремнистыми плитчатыми известняками формации Ранчериа.

Известняки Лейк-Валли образовались, возможно, на шельфе с умеренными глубинами, в зоне, занимающей промежуточное положение между шельфом и некомпенсированной впадиной. На востоке впадина была ограничена платформой Диабло и ее северным продолжением - поднятием Педернал, но нижнемиссисипские слои в этой области в основном размыты. Карта, составленная Армстронгом [15] (см. рис. V-12), показывает, что западный    край    предполагаемой    раннемиссисипской некомпенсированной впадины окаймлялся шельфом, сложенным мощными криноидными известняками (формация Эскаброза), фации которых почти такие же, как и известняков Грейт-Скар, окаймляющих Пеннинский блок Англии. Биогермы в этой формации отсутствуют. Фации нижнемиссисипских слоев (формация Лоджпоул) в центральной части штата Монтана были изучены Смитом [343]. Палеогеографическая картина усложняется девонско-миссисипским горстом (поднятием Центральной Монтаны), простирающимся в широтном направлении, подобно мосту  между  впадиной Уиллистон и  Кордильерской миогеосинклиналью. Свод этого палеозойского поднятия расположен восточнее современного гребня возвышенности Центральной Монтаны-гор Биг-Сноуи - Маунтинс. На это указывает предмиссисипский размыв девонских отложении.

 

Рис. V-11. Миссисипский (нижнекаменноугольный, Лейк-Валли) купол в верховье восточного истока ручья Дедменс-Кэньон, притока ручья Аламо-Кэньон в горах Сакраменто, Нью-Мексико. Номера указывают места взятия образцов. Рисунок по фотографии без изменения масштаба

Рис. V-12. Раннемиссисипские фации южной части штата Нью-Мексико. По Армстронгу 115]; черными кружками показано положение известных уолсортских куполов пелитоморфных известняков

Рис. V-13. Нижний миссисипий (группа Лейк-Валли) в горах Сан-Андрес в штате Нью-Мексико; показаны соотношения уолсортских куполов и окружающих их слоев. По Лодону и Баушеру [207, рис. 29], с разрешения Американского Геологического общества

 

Вкрест простирания приподнятого блока наблюдаются незначительные фациальные изменения, установленные Смитом при изучении залегающих на поднятии цикличных отложений Лоджпоул (гл. X). Нижние циклы соответствуют пачке Пэйн формации Лоджпоул, представленной маломощными и ритмично слоистыми глинистыми, кремнистыми пелитоморфными известняками и вакстоунами с обломками мшанок и криноидей (названными Уилсоном [414] «глубоководными известняками»). В пачке Пэйн имеются купола уолсортского типа умеренных размеров, исследованные Коттером [78] в горах Биг-Сноуи - Маунтинс и Стоуном [352] в хр. Бриджер-Рейндж; изучал их также и Смит [343].

По мнению Коттера, в горах Биг-Сноуи - Маунтинс в каньоне Вест-Свимминг-Вумен пачка Пэйн представлена тремя обособленными постройками, каждая из которых имеет длину около 300 м и высоту около 70 м; установить простирания этих построек по обнажениям невозможно.

Породы, залегающие между куполами, представлены темными глинистыми, кремнистыми горизонтально-слоистыми известняками. Сами тела массивные, характерна неясная слоистость, обусловленная главным образом различиями в структуре породы. Все осадки представлены вакстоунами. В среднем порода на 60% состоит из микрита, 25% приходится на долю табличек криноидей и остатков сетчатых мшанок (приблизительно в равных долях). Другие типы биокластов составляют менее 5%. 10-15% объема породы приходится на долю кристаллического кальцита, включая отчасти неправильные строматактоидные текстуры. Фауна банок несколько отличается от фауны обычных отложений впадины Лоджпоул и более разнообразна. Кроме криноидей, сетчатых мшанок и брахиопод, здесь встречается много моллюсков, включая наутилоидеи, наряду с трилобитами, кальцисферами, остракодами фораминиферами, одиночными кораллами Amplexus и колониальными Syringopora. Известковые водоросли не обнаружены.

Слои в куполах имеют наклон 20-35°, указывая на то, что осадконакопление происходило на довольно крутых склонах. Под действием эрозии купола срезаны косо, так что слоистость не рисует простых конических тел. Это обусловлено, вероятно, также существованием нескольких центров роста с различными направлениями, по которым происходила аккумуляция осадков, что дает основание предполагать отсутствие постоянных течений. Помимо сложной слоистости отмечено несколько дайкообразных трещин, заполненных сверху горизонтально-слоистым криноидным пакстоуном. Их происхождение раннепостседиментационное, связанное с растяжением купола; они шире в нижней части, чем в верхней. Неправильной формы полости, достигающие нескольких метров в поперечнике, заполнены остатками криноидей. Эти образования обусловлены или растворением или оползаниями на ранних этапах формирования куполов. Наилучшим образом эти купола интерпретируются как биогенные банки, формировавшиеся ниже базиса действия волн на глубинах более 50 м.

Региональные соотношения указывают на палеогеографический контроль образования куполов. В горах Биг-Сноуи - Маунтинс эти постройки занимают промежуточное положение между сводом девонско-миссисипского поднятия, находящегося к востоку, и удаленными от шельфа глубоководными фациями, лежащими к северу и западу от указанных построек. В хр. Бриджер-Рейндж постройки располагаются на удалении от шельфа Вайоминг (рис. V-14). По фациям и составу фаунистических остатков эти постройки идентичны хорошо известным постройкам Европы и Нью-Мексико. Однако в штатах Монтана и Вайоминг фациальные изменения более постепенны и незначительны, а фациальные пояса более широкие. Купола формировались локально на дне умеренной глубины.

Рис. V-14. Карта изопахит (в м) и схематическая карта фаций пачки Пейн формации Лоджпоул Центральной Монтаны; по Смиту [343]. Показано внешельфовое .положение уолсортских куполов в наиболее древнем цикле формации Лоджпоул. Пачка Пейн представлена «глубоководными известняками»

СОСТАВ ТИПИЧНЫХ УОЛСОРТСКИХ ФАЦИИ

Уолсортские фации приурочены к окраинам шельфов, залегая в виде массивных покровов известняков, или к областям впадин, где они развиты в виде отдельных крупных микритовых холмов и куполов. На рис. V-10 схематически изображены обе формы залегания. Падения слоев в сторону впадины на флангах купола могут колебаться от 30 до 50°; эта величина, очевидно, несколько превышает угол естественного откоса обычно известкового ила, что заставляет предполагать стабилизирующее влияние на массу ила какой-то органогенной пленки или войлокоподобных организмов.

В петрографическом отношении уолсортские фации Северной Америки и Европы одинаковы. Наиболее детальные исследования куполов Нью-Мексико были проведены в Англии Бэтерстом, Лисом, Филкоксом и Шварцахером, а в США - Прейем и Мейерсом. Только четыре основных типа горных пород слагают эти фации, хотя они могут встречаться в весьма различных соотношениях.

Пелитоморфный известняк или вакстоун (табл. XXI). От 50 до 80% объема купола сложено сгустковым, слабо глинистым пелитоморфным известняком. По оценке Прейя, около 2/3 объема пород ядра в куполах гор Сакраменто представлено микритом; последующие исследования подтверждают такую оценку. Этот микрит может присутствовать в нескольких генерациях: в виде первично отложенного известкового ила и в виде более позднего заполнения полостей. Большая часть остальной массы породы сложена в одинаковых долях остатками сетчатых мшанок (как неповрежденными ветвями, так и обломками) и строматактоидными образованиями, представленными кристаллическим кальцитом; происхождение последнего рассматривается ниже. Значительная часть микрита представлена тонкообломочным биокластическим материалом. Прожилки, содержащие обломки скелетных частей организмов, и карманы с полностью сохранившимися скелетными образованиями содержат остатки криноидей, ветвистых и кружевных мшанок, ортоконических наутилоидей, небольших одиночных кораллов (менее обычных, чем в шельфовых известняках) брахиопод, трилобитов и остракод. Многие раковины в этих карманах неразобщенные с сохранившимися створками. Характерно отсутствие водорослей.

Кристаллический кальцит и строматактоидные текстуры (табл. XVIIIB). Происхождение кристаллического кальцита, являющегося составной частью уолсортских пород, в значительной мере спорно. Обычно он встречается в форме строматактоидных текстур, т. е. в виде вытянутых участков, сложенных кристаллическим кальцитом, имеющих длину до нескольких сантиметров, с плоским основанием и неправильной разветвленной верхней частью, с радиально расположенными крупными кристаллами. Название Stromatactis впервые было предложено Дюпоном в 1881 г. для образований, которые рассматривались как заполненные кальцитом остатки организмов, нараставших в виде корок параллельно склонам девонских куполов в Бельгии. Лис [211, с. 509] упоминает восемь различных названий этих (или весьма сходных с ними) кристаллических образований, данных различными авторами. В прошлом полагали, что они откладываются из метеорных вод (отсюда английское название «reef tufa» - «рифовый известковый туф»). Считали также, что они образовались просто в результате перекристаллизации известкового ила. Однако ныне все, по-видимому, соглашаются, что эти образования являются результатом заполнения кристаллическим кальцитом каких-то существовавших ранее пустот. Радиально-лучистое расположение кристаллов и обычное присутствие известкового ила, залегающего как внутренний осадок в нижней части этих образований, подтверждают такую точку зрения.

Многие исследователи, особенно в Европе, где эти текстуры столь обильны и правильны, считают, что полости возникли в результате разложения каких-то мягкотелых организмов. Но традиционная точка зрения, согласно которой эти текстуры образуются определенными организмами, остается спорной. Эти образования слишком необычны и их кровля слишком неправильна. Их форма не позволяет предположить, что они являются ходами зарывающихся в ил животных. Они не располагаются в большинстве куполов на каком-либо определенном уровне, встречаясь только там, где в большом количестве представлен микритовый заполнитель. Они не связаны с вертикальной биологической зональностью, наблюдаемой в ряде куполов. Многочисленность их прослоев и параллельная или кулисообразная под некоторым углом к внешней поверхности ориентировка трудно объяснимы, если принять органическое происхождение этих текстур.

Существуют другие возможности образования полостей, например выщелачивание или растворение известкового ила с последующим заполнением известковым туфом, или нарушение сплошности in situ и оползание по мере обезвоживания известкового ила [148]. Кроме того, в типичном случае основание строматактоидной текстуры ровное и заполнено местами кальцитовым пелитоморфным известняком, отличающимся по цвету и структуре от вмещающего микрита. Эти предполагаемые осадки внутренних полостей иногда слоисты и могут быть даже косослоистыми. Типичные строматактоиды обычно многочисленны, ориентированы параллельно друг другу, располагаясь в слоях, отстоящих на несколько сантиметров, которые параллельны слоистости или по крайней мере внешнему склону купола. Существенно, что они весьма напоминают, хотя и в общих чертах, окончатую текстуру, наблюдаемую в илах межприливной зоны. Лис использовал их и их наклон при картировании стадий роста массивных покровообразных построек в Ирландии (см. рис. V-6). Если эти текстуры имеют органогенное происхождение, то следует предполагать, что уплощенные организмы часто ложились параллельно выпуклой вовне поверхности купола. Однако вертикальные трещины в испытывающем усадку вмещающем иле могли быть причиной возникновения кулисообразной серии косо расположенных в поверхностной зоне трещин с кристаллическим кальцитом или «зебровых пород»   («zebra rock»), наблюдаемых во многих разрезах.

Однако конфигурация кальцитовых включений в куполах может быть более сложной и неправильной, чем параллельные многочисленные строматактоидные полости. Филкокс [274] считает, что полости в иле, образованные петлями сетчатых мшанок, могут быть заполнены кристаллическим кальцитом или внутренним известковым илистым осадком. Последующая незначительная усадка ила вокруг таких частично укрепленных полостей приводит к возникновению пустот, имеющих неправильную форму. Особая разветвленная кровля строматактоидных образований могла быть обусловлена гравитационным обрушением полулитифицированного осадка с верхней части пустоты, вызванным падением жестких скелетных остатков организмов (например, ветвей мшанок) или оползанием ила, который внезапно становится тиксотропным (Тиксотропия - способность некоторых дисперсных систем обратимо разжижаться при достаточно интенсивных механических воздействиях (перемешивании, встряхивании)  и отвердевать  (терять текучесть в покое).- Прим. переводчика.).

Впоследствии вторичные трещины, расположенные под крутыми углами к напластованию, также могут заполняться кристаллами кальцита, напоминающим кальцит ранее образовавшихся трещин. Похожие неправильные строматактоидные образования обычны в брекчированных породах, сложенных пластинами водорослей в позднепалеозойских куполах, описанных в гл. VI.

Каким бы ни был способ образования строматактоидных текстур, вопрос об их заполнении остается проблемой геологии карбонатных пород. Все английские исследователи подчеркивают раннее образование большинства этих полостей. Шварцахер [320] указывал на их наличие в переотложенных валунах у подножья куполов. Лис и Филкокс отмечали тесную связь во времени и пространстве оползшей илистой связующей массы (Ml), образования полостей, внутренних осадков (М2) и кристаллического заполнения. Лис предложил приемлемое объяснение процесса образования внутреннего осадка, частицы которого первоначально удерживались тканями губок или водорослей и при их разложении освобождались. Согласно интерпретации этого автора кристаллизация кальцита происходила в    подводно-морских    условиях   и прекращала слабое оползание ила и разложение организмов, вызывая образование жесткого сцементированного каркаса. В современных кальцитовых илах подобная цементация не встречена. Действительно, наблюдаемая ныне цементация в морских условиях или требует необычно длительного промежутка времени (глубоководные корки) или наблюдается в областях, где вода быстро просачивается сквозь коренные породы (например, в каркасных рифах или в известковых песках мелководного шельфа). Каким образом могут достаточные количества циркулирующей воды цементировать полости в иле без удаления первичного осадка? Крупнокристаллический друзовый кальцит в пермо-триасовых накоплениях илов в Доломите Альп и в Пермском Рифовом комплексе порождает ту же проблему (гл. VIII). Является ли цементация ранней, происходящей в морских условиях, или она более поздняя, вадозная? Наиболее логичным кажется такое объяснение происхождения строматактоидных текстур, которое предполагает заполнение полостей, образовавшихся в иле в результате захоронения пластин и ветвей организмов и при оползании или брекчировании массы ила. Но время образования кальцитового заполнения и соответствующие ему условия диагенеза (в морских или вадозных водах) не ясны и ставят перед исследователями сложную проблему.

Ветви мшанок и таблички криноидей в куполах. Не только данные по региональной стратиграфии и петрографии, но и палеонтологические сведения проливают свет на происхождение специфических уолсортских фаций. После того как несколькими исследователями в 1950-х годах было предпринято изучение шельфов, геологи осознали, что важным элементом куполов ила являются сетчатые мшанки, а также рассеянные таблички иглокожих. В типичном случае эти кальцифицированные ветви мшанок и повсеместно распространенные стебельчатые криноидей приспособлены для сбора пищи из морской воды в условиях умеренных течений ниже активного базиса действия волн. Обычная ассоциация сетчатых мшанок и криноидей объясняется, вероятно, тем, что длинные стебли иглокожих укоренялись в илу, а ветви мшанок, возможно, росли, прикрепляясь к ним, что предотвращало их погребение в мягком илистом субстрате. Содержание остатков мшанок колеблется от 4 до 20% объема породы. Прей [285] отмечает, что в микрите ядер куполов мшанки более обильны, чем криноидей. Вероятно, легкие и кружевные ветви легко накапливались вместе с известковым илом. Ветви мшанок возможно, улавливали известковый ил и удерживали его на крутых склонах.

Энкриниты склонов (табл. XXI). Крупные купола в штатах Нью-Мексико и Монтана обычно окаймлены круто падающими слоями грубых энкринитов, состоящих из члеников стеблей, рук и чашечек криноидей. Сходные образования встречены в Ирландии и Англии, но здесь они не столь обычны, как в североамериканских куполах. Разрушенные сетчатые мшанки также обильны и встречаются вместе с обломками криноидей. Эти боковые отложения практически не содержат известкового ила, будучи почти исключительно биокластическими образованиями, однообразными в петрографическом отношении. Лишь иногда обломки пород могут быть важной составной частью боковых отложений, вне зависимости от размеров куполов и крутизны их склонов. Купола, очевидно, с трудом подвергались размыву или располагались ниже базиса действия волн. Вероятно, сегменты палеозойских криноидей, подобно всем табличкам иглокожих, были столь сильно насыщены органическим веществом при жизни, что во время разложения и до доломитизации и заполнения кальцитом они должны были быть весьма легкими и даже плавающими в морской воде. Таким образом, чисто отмытые, крутопадающие криноидные боковые отложения не всегда указывают на существование очень сильных течений.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ КУПОЛОВ

Поскольку многие крупные уолсортские постройки имеют форму удивительно правильных конусов, состоят главным образом из тонкозернистого пелитоморфного известняка и не содержат многочисленных каркасообразующих организмов, их происхождение является загадкой для геологов. При объяснении происхождения этих накоплений следует учитывать что: 1) уолсортские отложения являются преимущественно микритовыми, с подчиненным количеством рассеянного биокластического материала, представленного остатками мшанок, криноидей и строматактоидных крупнокристаллических образований, выполняющих полости, 2) палеогеографически они занимают положение ниже краев шельфов, в поясах, отделяющих шельф от впадины, 3) крупные купола во впадинах имеют грубо изометричную форму и не обнаруживают отчетливой ориентировки, за исключением, возможно, грубо очерченных поясов и 4) они иногда представляют слоистые накопления, где слоистоть параллельна их выпуклой верхней поверхности.

Эти купола не являются эрозионными останцами; они имеют аккреционное происхождение и характеризуются: 1) правильной сглаженной формой, 2) крутыми первичными уклонами поверхности осадконакопления (до 50°) со слоями строматактоидных текстур и редкими биокластическими прослоями, параллельными внешней поверхности и 3) полным отсутствием шлейфа обломочного материала или брекчий вокруг большинства (но не всех) куполов, но наличием ореолов перемытого детрита, состоящего из обломков криноидей.

Образование таких крупных масс микрита возможно при условии, если происходит: 1) гидрологическое накопление осадков, причем форма тел обусловливается течениями, 2) улавливание и (или) осаждение осадка водорослями с образованием локальных холмообразных масс карбонатного ила, 3) улавливание известкового ила в зарослях мшанок и криноидей, которые оказывают тормозящее действие на поток воды со взвешенным илом, 4) улавливание путем налипания осадка и улавливание в результате тормозящего воздействия зарослями этих организмов с накоплением ила на «подветренной» стороне таких зарослей, обусловленным слабыми течениями.

На то, что отложения куполов не являются осадками, сгруженными течениями, указывает смешение известкового ила и биокластического материала песчаной размерности, свидетельствующее об отсутствии сортировки во время осадконакопления. Сглаженная, округлая и почти правильно коническая форма многих куполов также подтверждает то, что осадконакопление происходило в весьма спокойных водах.

Первые исследователи, описавшие миссисипские купола в горах Сакраменто [207], предполагали, что купола образовались в результате дезинтеграции неизвестковых водорослей, которые улавливали известковый ил или отлагали его при фотосинтезе. На основании петрографических исследований последних десяти лет установлено, что эта гипотеза, по-видимому, несостоятельна. В этих куполах очень мало известковых водорослей, несмотря на обилие этих форм в других миссисипских отложениях Северной   Америки.   Строматолитовые   водоросли встречены в одном из куполов в Бельгии в Колеби [97]. Кроме того, в мелководных палеозойских отложениях Северной Америки обнаружено много микритовых куполов с сохранившимися известковыми водорослями. Почему они не встречаются в уолсортских раннекаменноугольных постройках? Важное значение имеет, возможно, также то обстоятельство, что наряду с отсутствием в раннекаменноугольных постройках известковых водорослей никто из исследователей не описал последовательной смены в вертикальном направлении фаун или типов структур в них. Большинство геологов, знакомых с раннекаменноугольными биогермами, ныне рассматривает их как накопления, образовавшиеся ниже базиса действия волн, и очевидно, ниже эйфотической зоны.

Рис. V-15. Схема, иллюстрирующая развитие изометричных уолсортских куполов при последовательном заселении скоплений тонкозернистых осадков, возникших в результате деятельности течений, криноидно-мшанковыми зарослями. Поднятие уровня моря объясняет накопление ила в центре зарослей, растущих на всех сторонах купола. Боковые слои представлены грубым детритом, снесенным с внешнего края зарослей, откуда наиболее тонкий известковый ил вымывается течениями

I-III- стадии (I - накопление осадка с подветренной стороны криноидно-мшанковых зарослей II - рост зарослей организмов, улавливающих осадок, вверх по склонам и вокруг растущего купола, III - криноидно-мшанковые заросли поставляют биокластический детрит на фланги купола - воды глубокие и спокойные)

Иная гипотеза, предусматривающая накопление ила среди и вокруг зарослей стебельчатых криноидей и мшанок, не согласуется с тем простым фактом, что количество микрита в ядре купола относительно велико, а количество биокластического детрита мало. Любое объяснение механизма аккумуляции ила должно также принимать во внимание

окаймляющие  купол  ореолы  грубозернистых,  перемытых  криноидных известковых песков.

Следующая гипотеза объединяет первый и третий способы образования. Возможно, заросли стебельчатых криноидей, на которых селились сетчатые мшанки, были достаточно эффективным препятствием для слабых течений, в связи с чем с «подветренной» стороны начиналось накопление тонкозернистого ила в виде грубо конических холмиков. По мере роста по периметру холмиков поселялись криноидей и сетчатые мшанки, которые разрастались по мере относительного поднятия уровня моря. Их колонии постепенно формировали стену зарослей, на вершине растущего илового купола и вокруг него. В спокойных водах внутри этого кольца живых зарослей накапливались ил и более грубозернистый биокластический детрит, сносимый со склонов. Подвергаясь воздействию слабых течений на склонах и у подножья купола, этот материал отмывался от известкового ила. Предполагается постоянное повышение уровня моря, так что вершина купола никогда не достигала базиса действия волн и даже оставалась ниже эйфотической зоны (рис. V-15).

ВЫВОДЫ

Уолсортские фации в некотором отношении являются уникальными среди карбонатных построек. Постройки, сложенные в основном известковым илом, довольно обычны в геологической истории, главным образом в домеловое время. Однако большинство из них обладает по крайней мере одним типом достаточно крупных организмов, которые доминируют в фаунистическом комплексе и могли образовывать в постройке структуру бафлстоуна, например губки в кембро-ордовикских, пермо-триасовых и юрских постройках, пластинчатые строматопороидеи в позднедевонских, листоподобные водоросли в пермо-пенсильванских и напоминающие органные трубы кораллы «Thecosmilia» в раннемезозойских постройках.

Уолсортские купола, которые столь же велики и обладают более крутыми склонами, чем большинство других, не содержат преобладающих крупных организмов, а только мельчайшие обломки криноидей и мшанок, составляющих немногим более 20% общей массы купола. Кроме того, в большинстве уолсортских куполов не наблюдается экологическая зональность, описанная в других куполах.

Уолсортские купола обычно содержат поразительно многочисленные, правильные и параллельные строматактоидные текстуры (пластинчатый- sheet spar), которые можно сравнить с подобными же образованиями, наблюдаемыми в других куполах, сложенных кальцитовым илом. Они, по-видимому, особенно характерны для миссисипских и раннепенсильванских куполов, хотя такие правильные строматактоидные текстуры известны также в силурийских и девонских постройках. Можно предположить, что в среднем палеозое особый мягкотелый организм со строматактоидной формой обрастал и стабилизировал наклонное илистое дно. Многочисленные и параллельные строматактоидные текстуры, возможно, возникли в результате оползания и по трещинам скалывания, в более или менее однородном известковом иле, не содержащем значительных количеств обломков скелетных остатков организмов, которые нарушали бы гомогенную структуру осадка.

Уолсортские фации особенно характерны для нижнекаменноугольных отложений. Однако весьма похожие на них микритовые купола с мшанками известны в слоях среднепенсильванского возраста в Арктической области Канады [83]. Остается выяснить, сколь важную роль играют в строительстве таких куполов сетчатые мшанки. Обеспечивают ли они необходимое для роста купола замедление течений, или являются всего лишь второстепенными по значению организмами, растущими на криноидеях? Может ли их сеть стабилизировать крутые склоны?

Важной, но нерешенной проблемой является вопрос о том, что обуславливает локализацию отдельных куполов, поскольку во многих случаях отсутствуют какие-либо явные каркасообразующие или тормозящие течения организмы. Возможно, ответ заключается в особенностях распространения определенных организмов, чье расселение контролировалось слабыми течениями. Однако в настоящее время это нельзя установить с достаточной однозначностью.

Уолсортские микритовые купола нижней части склона шельфа и впадин образуют определенный тип карбонатных построек, встречающихся в различных частях геологического разреза. Во многих областях они являются примером I типа профиля окраины шельфа. Можно рассматривать их как частичный аналог известковых илов и песков покрытых иглокожими, которые встречены Нейманом и др. [261] во Флоридском проливе в районе Бимини на глубине около 700 м. Однако эти накопления находятся в области Гольфстрима, и движение воды обуславливает их форму и ориентировку, что не характерно для уолсортских построек.

 

О статье: 

Цитируется по изданию: Дж. Л. Уилсон. Карбонатные фации в геологической истории. Пер. с англ., М., Недра, 1980, 463 с. Пер. изд.: ФРГ, 1975. All Rights Reserved. Authorized translation from English language edition published by Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York.