Карбонатные фации в геологической истории. Глава 6. Пенсильванские — нижнепермские фации окраины шельфа на юго-западе США | Lithology.Ru - Литология.РФ :

Карбонатные фации в геологической истории. Глава 6. Пенсильванские — нижнепермские фации окраины шельфа на юго-западе США

В связи с тем что угленосные формации Аппалачей и циклические отложения пенсильванского Мидконтинента хорошо известны, рассматривается только несколько типов карбонатных построек, возникших в открытом и мелком море вокруг южного обрамления Североамериканского кратона. Разрезы, содержащие реликты этих построек, разнообразны в литологическом отношении, что связано с общей тектонической неустойчивостью в это время и значительным привносом терригенного материала. Многие организмы, которые участвовали в формировании удаленных от берега банок, построек окраин шельфа и внутришельфовых куполов, характерны только для позднего палеозоя. Они появились в пенсильвании, непрерывно развивались в ранней перми, а некоторые и в триасе. Известьвыделяющие организмы включают различные типы водорослей и фораминифер, некоторые водорослеподобные формы, а также губки и строматопоры. Крупных, строящих каркас организмов встречено очень немного.

ПАЛЕОТЕКТОНИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ, ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ И КЛИМАТ

Широко распространенная позднепалеозойская тектоническая активность характерна для Северной Америки, также как и для всего мира (рис. VI-1). Кратон в виде гиганского треугольника протягивается через США от района современных Больших Озер к Нью-Мексико, Аризоне и Соноре. В палеозое он был ограничен геосинклинальными желобами, вдоль которых спорадически проявлялись складчатые движения и поднятия. Между активными орогеническими поясами и кратоном постоянно формировались передовые прогибы, такие как Центрально-Аппалачский, Блек-Вориа, Аркома, Форт-Веф, Валверде-Маратон, Чиуауа-Педрегоза. Многие тысячи метров осадков поступали в эти прогибы, иногда «выплескиваясь» из них через шельфы во внутренние районы кратона. На севере США сформировался среднепалеозойский орогенический пояс Антлер, но геосинклиналь Кордильер сохранила некоторую активность в пенсильванское время в Айдахо и северо-западной части штата Юта. Однако очевидно, что орогения проявилась здесь не так интенсивно, как вдоль южного и восточного обрамления щита. Североамериканский кратон испытал равное по воздействию, но различное по стилю влияние позднепалеозойской орогении. После общей морской регрессии в среднем миссисипии (визейский век) и одновременно с тектонической активностью в южной геосинклинали в пределы кратона с юга и востока начали широко распространяться терригенные образования серий Мерамек и Честер. Только в глубоких тектонических прогибах,  примыкающих к южному желобу,  происходила непрерывная седиментация. Одновременно с пенсильванской трансгрессией во внутренние районы континента с платформенных поднятий сносилась часть тонких глинистых отложений позднего миссисипия, а также продолжалось воздымание отдельных изолированных блоков. Очертания этих узких, длинных поднятий отличаются прямолинейностью. Все они имеют крутые склоны и представляют собой блоки, ограниченные разломами. Благодаря эрозии докембрийского гранито-гнейсового фундамента, эти поднятия поставляли большое количество обломков полевых шпатов. На рис. VI-1 показаны поднятия, разделяющие их прогибы и области обрамляющих карбонатных окраин.

Рис. VI-1. Палеотектоническая карта США для пенсильванско-вульфкэмпского времени.  Показаны эвапоритовые прогибы и карбонатные постройки шельфовых окраин

/ - поднятые блоки; 2 - прогибы; 3 - эвапориты Пени; 4-вульфкэвмпские эвапориты; 5-карбонатные постройки; 6 - границы орогенических областей; 7 - направление сноса

Юго-западное продолжение кратона испытало наибольшее раздробление. Северные области Мидконтинента оставались стабильными. Большое количество песчаных и глинистых терригенных осадков переносилось на юго-запад из отдаленных областей Восточной Канады через прогибы Огайо - Иллинойс, восточнее свода Озарк; стабильность же западной части кратона подтверждается накоплением чистых ортокварцитов в условиях шельфа (квадрат Тенслип - Велс). В дополнение к узким, линейным горстам, ориентированным подобно горам Немаха Ридж и Ансестрал Роки, вблизи южной и восточной геосинклиналей, сформировалось три равных по размерам и средних высот купола: Льяно, Озарк и Цинциннати-Нешвил. Они не поставляли большого количества обломочного материала, но оставались относительно приподнятыми от Пенсильвания до настоящего времени. Купола оказывали слабое влияние на циклическую седиментацию в пределах разделяющих их шельфов.

Нестабильность тектонического положения отчетливо выразилась в позднепалеозойских фациях, поскольку подвижность сохранялась в периоды главных этапов наступления моря, по крайней мере с позднего миссисипия. Трансгрессия достигает максимума в демойнское и миссурийское время, а затем постепенно, с перерывами намечается тенденция к регрессии. Снос кластического материала с поднятий в геосинклинальных поясах и с горстов в пределах кратона достиг максимума в вирджильских и вульфкэмпских слоях. Ореолы карбонатных образований окаймляют многие поднятия, располагаясь мористее терригенных отложений в виде узких карбонатных шельфовых окраин. Шельфовые области шире на востоке, например Канзасский шельф, обнаженный район на севере Центрального Техаса и восточный шельф прогиба Мидленд. Здесь развита цикличная толща переслаивающихся обломочных и карбонатных пород, которая была детально изучена многими геологами и рассматривается в гл. VII.

Климатическая дифференциация, также как и тектоническая, оказала  сильное  влияние  на  пенсильванское осадконакопление.  Моря  в основном были теплыми, тропическими, с нормальной соленостью, что подтверждается   процветавшими   в   них  различными   известковистыми водорослями, крупными фораминиферами,    а   также   разнообразными высшими безпозвоночными. Пенсильванские эвапориты известны только в трех западных областях вдоль оси трансконтинентального свода, образующего гребень на юго-западном продолжении кратона. Приливно-отливные отложения и  широко распространенные доломиты нигде не известны за исключением эвапоритовых трогов, представленных с северо-востока на юго-запад прогибами: Северо-Денвирским, Центрально-Колорадским   и   Парадокс.   Эвапориты  имеют  обычно  демойнский возраст и синхронны максимальному накоплению известняков в юго-восточной части Техаса и Нью-Мексико. Несколько позже вульфкэмпские эвапориты, доломиты и приливно-отливные отложения сформировались в более восточных прогибах. Они погребены под более молодыми осадками на севере Мидконтинента (серии Пайн-Солт в Монтане и Биг-Блу в Канзасе) и на северном   шельфе  прогиба   Педрегоза (формация Иап). В  большинстве прогибов и на шельфе преобладала открытая циркуляция  морских вод,  несмотря на  временные ингрессии, сопровождавшиеся  поступлением  большого количества тонкозернистого терригенного материала. Пенсильванские слои в пределах всей области обычно слабо доломитизированы. Более гумидный климат отмечается дальше к востоку. Угли появляются в Канзасе и на севере Техаса, а   в  пределах  Предаппалачского  передового  прогиба  они  достигают значительного развития. Отложения, сформировавшиеся за счет размыва платформенных поднятий к западу от Канзаса   и  Техаса,   приобретают черты красноцветов. Наиболее восточные выходы углей обнаружены в этих штатах, их количество возрастает в северо-восточном направлении  к Пенсильвании.  Палеомагнитные исследования показывают, что экватор в пенсильванское время пересекал Северную Америку по диагонали - от Западного Техаса до Ньюфаундленда; угленосные отложения располагаются вдоль него в экваториальном поясе, а эвапориты и красноцветы в зоне пустынь северного полушария. Широко распространенный покров песков формации Тенслип-Велс - Квадрант также приурочен к зоне пустынь, здесь наряду с морскими песками отмечаются песчаные дюны.

 

ОРГАНИЧЕСКИЕ СООБЩЕСТВА ПОЗДНЕПАЛЕОЗОИСКИХ КАРБОНАТНЫХ ПОСТРОЕК

Особенности микрофаций, изученные в циклических толщах шельфа и описанные в гл. VII, в равной степени характеризуют слои, включающие пермско-пенсильванские карбонатные постройки. Кроме того, существует не менее половины от общего числа упомянутых микрофаций особых сообществ организмов, которые способны формировать выразительные массы карбонатных осадков в течение этого времени. Эти организмы принадлежат совершенно различным группам и встречаются как в позднепалеозойских, так и в более молодых и более древних слоях. Некоторые из них все еще биологически мало известны и не имеют аналогов в областях современной карбонатной седиментации. Принимая во внимание, что среди этих форм нет таких, которые смогли бы создавать отчетливые органические каркасы, должны быть рассмотрены особенности их роста, способы прикрепления и стабилизации осадков. Лишь несколько палеонтологов в Советском Союзе и США являются специалистами по таким организмам. Биологические сообщества кратко описаны ниже и иллюстрируются таблицами. Их предпочтительное экологическое распределение устанавливается при изучении диаграмм нескольких хорошо изученных построек (см. рис. VI-5, 7,9 10).

Водорослевые пластины или листоватые водоросли (табл. XXII). Благодаря исследованиям Рея [422], Кониси и Рея [193] и других специалистов, стало возможным идентифицировать многочисленные тонкие, похожие на ломтики картофеля, неправильно изогнутые пластины как остатки водорослей кодиаций с различными формами вертикальных трубок и красных водорослей - Archeo-lithophyllum. Хорошо выраженные формы роста с постоянной структурой не известны. Случайно сохранившиеся кортикальные слои и ориентировка кристаллов во внутренней кальцитовой мозаике указывают, что только внешние части подушек были кальцифицированы в изученных родах кодиаций (?) - Anchicodium,Eugonophyllum,Ivanovia (таксономию см. у Горовица и Поттера [159]). Сами пластинки обычно находятся в смешанной, брекчированной известковой микритовой массе, и могли расти как отдельные существа и как вертикальные формы. Они встречаются в слоях с горизонтальной слоистостью, но обычно формируют микритовые купола и, вероятно, способны создавать осадочные барьеры, улавливающие известковистые илы. Так как обычно остатки водорослей были многочисленны в верхней части куполов, то, вероятно, последние первоначально и не являлись такими ловушками, но как только они возникали, на них появлялись наслаивающие водоросли, способствуя их росту. Обильное их развитие, вероятно, заглушало другие формы жизни, и водоросли становились превалирующим сообществом. Тонкая форма пластин, связь их с известковым илом и размеры куполов свидетельствуют о приблизительном интервале глубин существования этих водорослей. Глубины, на которых они процветают сегодня, составляют 20 м, а в тропиках могут достигать и 70 м. Действительно, ядра куполов имеют высоту не более 25 м, они приурочены к кровле баундстоунов, указывающих на волновой базис, дающий минимальные глубины, равные высоте куполов, для начала роста пластинчатых водорослей. Обширный диагенез, обусловленный брекчированием и растворением измененных пластинок кодиаций, приводит к образованию превосходных нефтяных коллекторов.

Водорослевые образования встречаются в различных стадиях разрушения. Во фланговых слоях биогерм обычны скопления свободных пластинок, где практически нет микритового заполнителя. Как правило формы водорослевых пластин сохраняются лучше в биогермах или в слоях с микритовым заполнителем. Красные водоросли рода Archeolithophyllum обычно прикрепляются и, вероятно, растут в виде неправильно слоистого покрова на вершине илистоизвестковистого холма (купола). В Канзасе они образуют пологие линзы.

Пластинчатые и листоватые водоросли, такие как кодиаций и красные, появляются в Пенсильвании и достигают расцвета в конце этого времени. В верхнепенсильванских слоях доминируют кодиаций (?) рода Eugonophyllum - Anchicodium - крупные и неправильные подушки. Раннепенсильванские формы меньше, тоньше и представлены более спрямленными сегментами. Рода пенсильванских кодиаций (?) достигают расцвета

в вульфкэмпе, постепенно исчезают, становятся редкими и пропадают в среднепермское время. Слоистые корки баундстоунов образованы, вероятно, синезелеными строматолитовыми водорослями, они могут быть частью фаций куполов с водорослевыми пластинками и обычно находятся на их вершине.

Офтальмидно-кальциторнеллидные трубчатые фораминиф е р ы (табл. IVB, XX, ХШВ) (синонимы или близкие родственные формы [366] представлены Apterina и Cornuspira).

У фораминифер наблюдаются две основные формы роста:

1.       Небольшие массы таких фораминифер облекают разнообразные биокластыкак в пределах осадков, формирующихся на куполах, так и в нормальных морских, слоистых известняках.

2.   Они также образуют низколежащие плюмажи, полусферические массы, перемежающиеся со строматолитами синезеленых водорослей или кодиациями. Водоросли, обычно, грубые, перекристаллизованные и утратившие большую часть внутренней структуры. Такие «дырчатые» структуры напоминают современные Nubicularia, a также Renalcis раннего палеозоя. Хотя формы росли медленно, в виде корок, мощность пород, сложенных ими, достигает 8 м в верхней части илистых куполов с водорослевыми пластинками. Они образуют настоящие баундстоуны. Данхэм [03] считает, что они и Tubiphytes способствовали развитию кавернозности в месторождении Таунсенд - Кемниц в округе Ли, в Нью-Мексико. При выветривании грубо кристаллические водоросли приобретают белый или желтый (за счет окислов железа) цвет, а фораминиферы - черный. У фораминифер микропористая раковина и в невыветрелой породе она белая. Эти характерные породы венчают биогермы мористей или западнее комплекса Сакраменто Вергиля. Они также образуют небольшие биогермы в нижней части склона - «спутники» во фланговых слоях на склонах больших куполов. Современные офтальмиды известны в очень небольших количествах в водах Флориды [250]. Они получают расцвет только на глубине 7-10 м в относительно спокойных шельфовых водах Флоридского рифового участка как за рифами, так и ниже по передовому склону рифа до 40 м глубины. Офтальмиды развиваются в водах с нормальной морской соленостью и циркуляцией. Биогермы в обнажениях формации Парадокс, штат Юта, состоят преимущественно из таких форм, сросшихся с плюмажем водорослей (кодиаций ?) и содержат многочисленные рассеянные Chaetetes и Caninia.

Tubiphytes Maслова [231] (Nigriporella Ригби [303] и Hydrocorallines Н ь ю э л л а и др. [264]) - табл. IVA, XXIVB. Формы определяются как микроскопические слоистые образования, которые, подобно трубчатым фораминиферам, являются прикрепляющимися эпифитами в понижениях рельефа. Их биологические родственные связи не известны. Впервые они были описаны в России [Shamovella (Раузер-Черноусова, 1951) п. nuden и Tubiphytes (Маслова, 1956)], позже Ригби назван их Nigraporella и считал, что они, возможно, относятся к известковистым оболочечникам. Подробная характеристика этих родов была дана Туми и Кронейсом [367], рассматривавшими их в качестве водорослей. Они обычно состоят из отчетливой кальцитовой оболочки, вокруг которой концентрируется слабая слоистость. Эти области могут быть отверстиями в структуре организма (conceptacles?) или просто углублениями, представляющими собой исчезнувший орган прикрепления биоты. Несколько углублений можно увидеть в пределах самой слоистой массы. Подобно трубчатым фораминиферам Tubiphytes характеризуется микропористостью (фарфоровидностью). Они совершенно белые в отраженном свете и темные в проходящем. В окремненном материале из Биг-Хачит Маунтинс, Нью-Мексико видно, что организмы могут встречаться в виде небольших шариков диаметром в сантиметр или меньше, вытянутых цепочек или корзинок.

Как повсеместно распространенные Tubiphytes отмечаются впервые в раннем карбоне и обычны для рифов поздней юры. Типичные представители имеют кунгурский (пермский) возраст. На юго-западе США они появляются в позднем Пенсильвании, но становятся важными породообразующими организмами только в вульфкэмпе, когда начинают доминировать в биоте биогерм. Они развиваются совместно с трубчатыми фораминиферами, предпочитая фланговые слои, которые возникают за счет разрушения организмов на вершине куполов. Точная экологическая позиция Tubiphytes в таких рифах неясна, вероятно, они образуют вместе с трубчатыми фораминиферами баундстоуны на обнаженных гребнях и обращенных к морю флангах многих карбонатных построек.

Komia Корде (1951), мелкие дендроидные строматопоры (табл. XXIII В). Уилсон и др. [409] дали описание и точную таксономию. Джонсоном [175] Komia была определена как красная водоросль. Туми и Джонсон ошибочно отнесли основные ветвистые формы Komia к Ungdarella [414]. По-видимому, имеются ветвистые и веерообразные формы. Большая часть их существует в виде крошечных разбитых веточек, похожих на крупные девонские Stachyoides и Amphipora, которым они подобны и по внутренней структуре. Komia обычно присутствуют в слоистых

известняках среднего Пенсильвания (Дерриал и Де-Мойн) на юго-западе США. В Западном Техасе на окраинах среднепенсильванских шельфов они формируют пористые грейнстоуны и пакстоуны на вершинах и обращенных к морю флангах построек. Удивительно, что в хорошо обнаженных и изученных среднепенсильванских слоях прогиба Парадокс остатки этих организмов не обнаружены.

Palaeoaplysina. Формы, составляющие род, также были установлены впервые в России, а недавно идентифицированы в Арктической Канаде [81,83], где они образуют основные биогермы раннепермского возраста. Благодаря некоторому сходству со страмотопорами, эти организмы пытаются отнести к гидроидным. Согласно описаниям, они образуют тонкие пластины или таблички в несколько сантиметров длиной с внутренними ветвистыми трубочками, ячеистым скелетом и внешними отростками! Пластинки находятся в микритовой основной массе, в скоплениях обломков в грейнстоунах вместе с пластинчатыми водорослями, а также в баундстоунах, образованных Tubiphytes. Купола, сложенные ими, достигают в высоте нескольких десятков метров и сотен метров в поперечнике. Они могут нагромождаться или примыкать друг к другу Купола из Palaeoaplysina известны на Западном Урале (как нефтяные резервуары), в Айдахо, Юконе и на обеих сторонах Свердрупского прогиба в обнажениях на о-ве Элсмира. Подобно Tubiphytes, эти организмы известны в верхнепенсильванских слоях, но более обычны для нижнепермских образований. Они являются представителями мелководных шельфовых сообществ и лучше всего развиваются в пределах куполов на окраинах прогибов с карбонатными или терригенными остатками Ассоциирующие биоты (фораминиферы и водоросли) обычно обнаруживаются в верхнепалеозойских карбонатах. Многочисленные дазикладации и оолиты в таких постройках указывают на мелководье. Купола Palaeoaplysina также переслаиваются с обломочными породами в большей части прогибов. Они распространены в северных областях обеих полушарий, и их отсутствие в хорошо изученных верхнепалеозойских образованиях США указывает на то, что они являются представителями бореальной фауны пермско-пенсильванского возраста.

Обрастающие организмы. Приповерхностные обрастающие организмы встречены на вершинах микритовых биогерм на юго-западе США. Некоторые из них упоминались Парксом [270], но коллекция их никогда не была описана. Такие окаменелости обычно окремнены и имеют плохую сохранность. Известны изогнутые строматолитовые формы, строматопоры(?) и губки. Крупные обломки губки Stereodictyon определены на вершинах куполов в Сакраменто и Биг-Хачет-Маунтинс в Нью-Мексико.

ПРИМЕРЫ   ПЕРМСКО-ПЕНСИЛЬВАНСКИХ   КАРБОНАТНЫХ   ПОСТРОЕК

Описанные выше биоты и одиннадцать основных микрофаций, характеристика которых приведена в гл. VII, слагают карбонатные постройки нескольких типов, имеющих различное тектоническое положение на юго-западе США. Многие из них изучены по обнажениям, и в тех случаях, когда постройки представляют собой обширные нефтяные резервуары, - бурением.

Среднепенсильванские слои карбонатных шельфовых фаций прогиба Парадокс. Узкие, но хорошо выраженные линии биогерм были впервые описаны и закартированы в прогибе Парадокс Венгердом [403, 404, 405] в обнажениях в Гусенексе на р. Сан-Хуан, в месте пересечения ею поднятия Монумент в штате Юта. В тектоническом отношении они лежат на шельфе юго-западнее оси прогиба. На рис. VI-2 показан асимметричный прогиб Парадокс с мощной среднепенсильванской эвапоритовой толщей (формация Парадокс) в его центральной части, постепенно замещаемой в северо-западном направлении еще более мощной толщей аркозовых песчаников, возникшей за счет размыва поднятия Анкомпагре. Эти дисмойнские слои мощностью около 2000 м в прогибе утоняются до 300-700 м на шельфе на сравнительно коротком расстоянии, замещаясь карбонатными слоями (формация Хемоза). Шельфовые слои состоят из осадочных циклов, разделенных темными глинами и глинистыми доломитами, которые могут быть прослежены в пределах эвапоритовых образований прогиба (рис. VI-3). Биогермы приурочены к верхней части циклов и встречаются по крайней мере на трех уровнях в пределах формации. Раннедисмойнские биогермы рас положены на самой юго-западной окраине шельфа. А поскольку прогиб заполнился осадками к позднедисмойнскому времени, более молодые биогермы пересекают прогиб, смещаясь к северо-востоку. Северо-западное простирание обнаженных биогермов параллельно ориентировке построек на юго-западном борту прогиба. В общем это относится и к нефтяным полям, развитым в более молодых постройках. Карта Уэнджерда [405] (рис. VI-4) показывает, что биогермы образуют длинные, прямые, узкие, иногда с вертикальными уступами формы. Например, биогермы среднего стратиграфического уровня имеют длину от 150 до 300 м и ширину 20 м.

Рис. VI-2. Фации дисмойнских (среднепенсильванских) слоев прогиба Парадокс в штатах Юта и Колорадо. Осадки открытого шельфа приливно-отливной зоны и мелководные пески - главные компоненты циклических карбонатных слоев

Ядро древнейших построек сложено трубчатыми фораминиферами и плюмажами кодиаций (?), образующими   баундстоуны    (рис. VI-5).

 

Рис. VI-3. Ранняя стадия развития куполов на юго-западном шельфе прогиба Парадокс с циклическим и повторяющимся осадконакоплением. Купола могут венчаться оолитовыми или кварцевыми песками или их вершины отмечаются несогласными залеганиями слоев

1 - Chaetetes;   2 - трубчатые   фораминиферы;   3 - раковинные, биокластиты;   4 - оолиты

 

Рис. VI-4. Пояса ранних куполов в каньоне Сан-Хуан, эквивалентных звапоритам прогиба Парадокс; состоят из отдельных биогермов, субпараллельны простиранию фаций вокруг прогиба Парадокс. По Уэнджерду [405, рис. 6]

/ - расстояние в милях от слияния с р. Колорадо; 2 - полосы рифов; 3 - места наблюдения биогермов (несколько преувеличено) рифовой области в формации Парадокс

Водорослевые пластины не известны. В некоторых массивах обнаруживаются рассеянные Chaetetes и Canina. Красные водоросли присутствуют в качестве акцессориев, но Komia не отмечается, хотя постройки формировались в характерный для нее стратиграфический интервал. Фланговые обломочные образования развиты выразительно, но они скоро исчезают; биокласто-литокластические слои быстро сменяются спонголитами. Высота биогермов составляет первые метры, а крутизна склонов - несколько градусов. Для того чтобы установить отличие биот в структурах, расположенных в более глубоких частях прогиба на северо-восточном склоне, от других частей прогиба, нет достаточного количества образцов.

Из сказанного следует, что баундстоуны трубчатых фораминифер и водорослей указывают на достаточно крутые склоны шельфа, поскольку подобные сообщества сходны с теми, которые венчают отдельные купола пластинчатых водорослей, устанавливаемые в верхнепенсильванских слоях. Быстрый переход к спонголитам свидетельствут о достаточной крутизне склонов. Пористость была изначально большой; поверхностное выветривание выявляет открытую пористость, несмотря на окремнение (особенно в верхних частях Chaetetes).

 

Рис. VI-5. Поперечный разрез раннего купола трубчатых фораминифер и водорослей по р. Сан-Хуан через поднятие Монумент (расстояние от устья р. Сан-Хуан составляет 101,5 мили; см. рис. VI-4). Породы центральной части купола образованы плюмажами кодиаций и кальциторнелидными баундстоунами. В некоторых куполах встречены Chaetetes. Красные водоросли преобладают во фланговых слоях; нижние горизонты последних представлены спикулитами

/ - пеллетовые грейнстоуны с литокластами; 2 - плюмажи кодиаций и трубчатые фораминиферы баундстонов; 3 - брахиоподовые и биокластические вакстоуны; 4 - красные водоросли

Купола водорослевых пластин на шельфовых окраинах. Как  правило,  позднепалеозойские постройки шельфовых окраин сложены известковыми вакстоунами с   многочисленными   водорослевыми   пластинами. Подобные купола известны в слоях, имеющих возраст от среднего Пенсильвания до вульфкэмпа, и распространены в юго-западной части США. Они окаймляют многие погребенные прогибы Техаса, Оклахомы и Нью-Мексико, а также известны в обнажениях краевых частей прогибов в центральной части Колорадо (формация Минтерн) и в Нью-Мексико  (горы Сакраменто, Хьюко, Сан-Андреас), где они ограничивают прогиб Оро-Гранде. Эти фации обусловливают прекрасные коллекторские свойства породам на юго-западном фланге прогиба Парадокс  (поля Энеф, Дезерт-Крик, Исмей), где купола сложены в основном грейнстоунами, возникшими за счет аккумуляции пластинчатых водорослей (см. рис. VI-2). Микритовые постройки с водорослевыми пластинами характеризуются вертикальным рельефом до 30 м, но местами,  на флангах отдельных биогерм, крутизна склонов достигает 25°. В региональном плане углы наклона склонов в прогибе много меньше и не превышают 1-2°. Слои на таких пологих склонах прослеживаются на несколько километров, как в горах Сакраменто, так и в Биг-Хатчет, Нью-Мексико.   Постройки   окраин   шельфа   достигают  ширины   в   несколько километров и на шельфе обрамляются руслами подводных потоков, стекающих в прогиб, например в прогибы Парадокс или Оро-Гранде. Прогибы нижней части склона таких шельфов заполнялись переотложенными тонкими кластитами и эвапоритами в периоды опускания уровня моря, когда постройки окраин шельфа обнажались, и испытывали вадозный диагенез. Обращенные к прогибу склоны микритовых куполов вдоль края шельфа достигают значительной крутизны. Обычно купола растут цепочками в форме хлебных булок с длинной осью, параллельной простиранию бассейна, хотя известны и исключения. В по ле Исмей в прогибе Парадокс постройки простираются параллельно краю шельфа, но вместе с этим отдельные маломощные (до 12 м мощности и 300 м длины) купола линзовидной формы ориентиорваны перпендикулярно краю прогиба, подобно приливно-отливным барам. Цепочки биогермов на некоторых стратиграфических уровнях могут быть сложными, в два или три ряда (рис. VI-6 и 11).

 

Рис. VI-6. Мощность водорослевых пластинчатых куполов поля Исмей, штаты Юта и Колорадо. Резко выраженная, простирающаяся на северо-восток постройка образует прямой угол с общим направлением продуктивной полосы. Густая штриховка - оптимальная проницаемость. По Чокету и Трауту [66, рис. 4], с разрешения Геологического общества Четырех Углов

1 - карбонатные постройки мощностью 10 футов и болееж    22 -максимальная     проницаемость

На биогермы тоже оказывают влияние как локальные, так и региональные структуры. Купола водорослевых пластин в основном образуются в нижней части склонов параллельно осям антиклиналей, т. е формируют тектонически обусловленные отмели на парадокском шельфе в штате Юта, на западной стороне высоких обрывов Флориды Биг-Хачет и в области, расположенной к западу от поднятия Педернэл в Сакраменто. Они особенно хорошо развиты на обращенной к прогибу стороне, перекрывая друг друга вниз по склону, подобно кровельной дранке (рис. VI-7). Полевые наблюдения показывают, что развитие куполов может быть свяазно с ранним уплотнением подстилающих глин. Перекрывающие осадки часто маскируют ранее сформированные нижние фланги куполов в условиях не очень больших глубин, но ниже базиса волнения. Даже в местах, где они образуют вертикальные уступы, и где фланговые слои представлены карбонатными пакстоунами обычны такие соотношения. Буровые скважины, пройденные через подобные тела, вскрывают как фланговые слои, так и ядра куполов, а также венчающие слои индивидуальных построек.

Купола водорослевых пластин (листоватых водорослей) обычно отражают характерные черты истории их роста, видимые на поперечных разрезах в горах Сакраменто на восточном шельфе прогиба Оро-Гранде, Нью-Мексико (см. рис. VI-7, 10, 11) и через крупнейший комплекс куполов, открытых в прогибе Парадокс, поле Анеф в штате Юта (рис. VI-8, 9). Во многих куполах отмечаются вариации фаций и сложный литологический состав, хотя в основном все они построены за счет аккумуляции пластинчатых водорослей в брекчированном микритовом заполнителе.

В шельфовых циклах Сакраменто [412] купола занимают определенное положение в вертикальной последовательности типов пород. Цикл формируется в результате смены регрессии трансгрессией на шельфе, и купола начинают расти в начале трансгрессии вместе с отложением терригенного материала. Карбонатные постройки растут среди глинистого осадка во время стабилизации или медленного погружения уровня моря. Они свидетельствуют об удалении от берега осадконакопления в фазе цикла, соответствующей трансгрессии или медленному погружению, т. е. о переходном периоде между трансгрессией или регрессией (рис. VI-12). Обычно фация пластинчатых водорослей развивается после отложения нормальных морских биокластических ваккстоунов или глин. Причина аккумуляции и локализации не ясна, возможно, она связана с гидрографическими факторами. Куполоподобные ядра (биогермы) развиваются в спокойных водах в результате накопления известковистых илов с различным содержанием водорослевых пластин, мшанок и нормальной морской фауны. Водорослевые пластины начинают преобладать в верхней части, составляя 20-40% объема породы. Позже развиваются дополнительные фации, которые обобщены в конце данной главы и показаны на рис. VI-25.

В горах Биг-Хатчет, где преобладают крутые склоны и они обращены к Пенроузскому прогибу, оползни с биогермов приводят к накоплению грубых конгломератов и брекчий «а обращенных к прогибу склонах куполов (рис. VI-13). В большинстве построек окраин шельфа такие слои, отражающие развитие в условиях необычно крутых региональных склонов, не наблюдаются.

Обычно на шельфовых окраинах формирование путем латеральной аккреции ядер и сопутствующих фланговых слоев, составляющих комплекс купола, быстро приводит к созданию платформы или рампы. В Сакраменто, на шельфовой окраине, обращенной к прогибу, в нижней части склона видны небольшие ядра биогермов (см. рис. VI-11), они уменьшаются в размерах в сторону прогиба и облекаются серо-зелеными алевритами и песками. Мелководные условия могли также развиваться и тогда, когда аккумуляция достигает базиса эрозии. Выше фаций купола и фланговых слоев залегают горизонтальные пласты косослоистых карбонатных грейнстоунов. Они состоят из обломков фораминифер, дазикладаций и гастропод, значительно измененных в поверхностных условиях. Эта последняя стадия развития таких фаций куполов иллюстрируется рис. VI-10 и 25.

Пористость водорослевых плоско-купольных фаций сложна и не выдержана. Литологическое строение лучше всего объясняется воздействием атмосферных вод еще до значительной литификации осадков. Обрушение и течение известковистых илов брекчирует тонкий каркас водорослевых пластин, но из-за их жесткости они и другие скелетные обломки сохраняются в смешанной брекчированной массе осадков вместе с многочисленными сингенетичными трещинами. Сформировавшиеся строматоктоидные пустоты частично заполнены геопетальным илом. Выщелачивание и растворение воздействовали на эту гетерогенную массу и прежде всего на слабые кальцифицированные арагонитовые водорослевые пластины; вероятно, поэтому через некоторое время происходило частичное заполнение пустот в осадке и формирование друзового кальцита. Наличие многочисленных пористых горизонтов в резервуарах показывает, что подобные преобразования происходили неоднократно. В обнажениях ядер многих биогрем видны следы эрозии, проявившейся еще до отложения их верхних частей. Это, вероятно, связано с понижением уровня моря и обнажением построек, что подтвер ждается наличием красноватых конгломератов в таких горизонтах. Мощность погребенных резервуаров невелика, но их отличает локально проявленная хорошая внутренняя межпоровая связь, возникающая благодаря выщелачиванию, без участия тектонических движений.

 

 

Рис. VI-8. Карта изопахит зоны Дезерт Крик в верхней части формации Хемоза. По Петерсону и Олену [272, рис. 12], а также Петерсону, 1959 г. Изопахиты проведены через 25 футов для карбонатно-эвапоритовой толщи между черными глинами. Показаны карбонатные постройки, слагающие площадь Анеф. Простирания иррегулярны, но в общем вытянуты в северо-западном направлении, параллельно ориентировке фаций вокруг прогиба Парадокс. Иллюстрация помещена с разрешения Геологического общества Четырех Углов

Рис. VI-9. Фации площади Анеф, зона Дезерт Крик. По Петерсону и Олену [272, рис. 11]. См. карту изопахит, рис. VI-8. Нижняя часть купола имеет мощность не менее 70 м и 25 км в поперечнике. Вертикальный масштаб, Х135. Крутой склон массивных фаций обращен к северо-востоку прогиба, имеет крутизну 1/2-1/3°. С разрешения Геологического общества Четырех Углов

Рис. VI-10. Последовательность фаций в позднепенсильванском куполе. Показаны фации купола Юкка, базальная часть формации Холдер, севернее шоссе Клаудкрофт - Аламогордо, северные предгорья Сакраменто, Нью-Мексико (см. рис. VI-11). Условные обозначения те же, что и на рис. III-1. Фации на защищенной стороне постройки представлены пелоидным детритом с фузулинидами и трубчатыми фораминиферами

Рис. VI-11. Карта купола Юкка на западном склоне северной части гор Сакраменто, округ Отеро, Нью-Мексико. Цифры в кружках - изученные разрезы нижней части формации Холдер позднепенсильванского возраста. По Уилсону [412, 415]

 

Доломитизация в таких резурвуарах слабая, за исключением поля Анеф в прогибе Парадокс. В поле Анеф причины пористости иные; мощные известняковые песчаники, слагающие верхние части построек, частично доломитизированы, но значительная первичная пористость сохранилась в пределах каркаса остаточных водорослевых пластин и линзах комковатых илов.

Купола пластинчатых водорослей в прогибах и на шельфах. Купола пластинчатых водорослей являются также частью больших массивов биогермов, развивающихся в виде основных удаленных от берега банок в погребенном прогибе Мидлена. Они имеют крутые склоны (8-10°) и часто формируют очень мощные массивы. Например, постройки Скарри-Коунти, Джеймесон, Нена-Люсия и нефтяные поля Северо-Западного Техаса, возможно, имели первоначальный осадочный рельеф с превышениями до 100 м (рис. VI-14). Такие большие банки развивались в бассейне с высокой скоростью карбонатной седиментации над гребнем или на флангах первоначально существовавшего рельефа - тектонического или эрозионного. В быстро погружающихся областях только самые возвышенные участки остаются в зоне фотосинтеза достаточно долго для того, чтобы продолжалась аккумуляция водорослей и известковистого ила. Большие изолированные банки, таким образом, развивались в бассейне Мидленд в удалении от главных карбонатных окраин шельфа. На основании изучения фауны в слоях банки Нена-Люсия Туми и Уинлендом  [372] установлено, что эта среднепенсильванская постройка со стороны (северо-западной) открытого моря возвышалась на 100 м. Ее длина составляет 20 км при ширине 3-5 км. Постройка в основном сложена брекчированными известняковыми вакстоунами с многочисленными водорослевыми пластинками. На северо-западной стороне концентрируются пористые, частично отсортированные водорослевые пластинки и пелоидные фораминиферовые вакстоуны и пакстоуны. Вкрест простирания банки отмечается изменение состава палеонтологических остатков. Фузулины, небольшие подвижные    фораминиферы, кальцисферы, прикрепляющиеся фораминиферы            (Tetrataxis), красные водоросли, прикрепляю¬щиеся мшанки концентрируются вместе с филлоидными водорос¬лями на краю банки, обращен¬ном к открытому морю. После своего формирования постройка была погребена под трансгрес¬сивно залегающими алевритистыми грейнстоунами, а затем темными глинами и известня¬ками.

Наиболее крупной из таких банок является Атолл Хорсшу, представляющий собой комплекс построек, поднимающихся над среднепенсильванской платфор¬мой и охватывающий около 8 округов на севере Центрально¬го Техаса в северной части бас¬сейна Мидленд. На рис. VI-15 и 16 приведены карты мощностей и геологическая для этого поля. Первоначально крупная изоме¬трическая платформа (40 км в диаметре) наращивалась с про¬тивоположных   сторон   пологими субширотными дугами, протягивающимися в прогиб. На краях плат¬формы превышения достигали 100 м, главным образом за счет накоп¬ления обломочных мелководных образований, залегающих на темных известняках и глинах. В позднепенсильванское время продолжающееся погружение в прогибе сопровождалось непрерывным накоплением кар¬бонатов вокруг всех окраин платформы, за исключением северной. Мощность этой дугообразной постройки вместе с вульфкэмпскими от ложениями достигает 900 м. Мощность же эквивалентных слоев в про¬гибе составляет только 150 м. Пенсильванский рельеф постройки опре¬деляется в 750 м в ее западной части и примерно половиной этой вели¬чины в восточной. Частично постройка могла быть эродирована во вре мя крупных перерывов в осадконакоплении, установленных до и после формирования слоев Киско (вергилий). Многочисленные глинистые «прорывы» свидетельствуют о большом, часто главном компоненте массива-обломочных массах, распространение которых ограничивается рельефом постройки.

Рис. VI-12. Вирджинский цикл мощностью 10 м, на южной стенке каньона Бимен, вблизи верховьев, горы Сакраменто, Нью-Мексико. Водорослевый пластинчатый купол обычно образуется в сгустково-пеллетовых форамияиферовых слоях, сразу под оолитовой частью цикла. По Уилсону [412]

/ - ооиды; 2 - морские лилии; 3 - пеллеты и обломки раковин; 4 - конгломераты, обломки до нескольких сантиметров; 5 - литокласты размером в несколько миллиметров; 6 - трубчатые и ячеистые  фораминиферы

Рис. VI-13. Циклическая седиментация в вирджинских слоях окраины шельфа в формации Оркьюилла в каньоне Цемент Тэнк, западный склон гор Биг-Хатчет, юго-западная часть Нью-Мексико. Терригенные склоновые осадки перемежаются с водорослевыми пластинчатыми куполами, с карбонатными склоновыми брекчиями и фланговыми слоями. Циклы показаны фигурными скобками. Вертикальный масштаб несколько преувеличен. Из диссертации Мартина Шербаха, Университет Раиса, Хьюстон, Техас

/ - грейнстоуновые покрышки; 2 - водорослевые пластинчатые купола; 3-фланговые слои; 4 - карбонатные   брекчии;   5 - фации ? склонов - темные   глины,   алевриты,   известняки;   6 - песчаники

Рис. VI-14. Большие карбонатные банки позднепенсильванского возраста в прогибе Мидленд на западном краю циклического восточного шельфа, перекрытые более молодыми отложениями в северной части Центрального Техаса. Удаленные от берега банки (с севера на юг): Клейтонвил, Роуэн и СЗ Хоуп, Роуэн и Хоуп, Эстебан, Стоун и Лейк Траммел, Нена-Люсия, Джеймесон, Ай Эй Би и Миликен

Рис. VI-15. Карта изопахит рифового комплекса Хорсшу в Западном Техасе, охватывающего около 8 округов. Показаны мощность рифовых известняков и локализация наиболее значительных продуктивных полей вдоль гребня атолла. Базальные детритусовые известняки вульфкэмпского возраста не принадлежат комплексу Хорсшу. Площадь каждого округа около 50 км2. По Весту ,[389, рис. 8], с разрешения Американской ассоциации геологов-нефтяников / - продуктивные   области   выше   контакта   нефть - вода;    2 - край платформы в раннем страуне;  3 - главные скважины

Рис. VI-16. Распространение отложений основных стратиграфических подразделений рифового комплекса Хорсшу. По Весту [389, рис. 6]. Слои Киско и Каньон имеют позднепенсильванский возраст, а Страун относится к среднему Пенсильванию. Площадь каждого округа около 50 км2. Иллюстрация помещена с разрешения автора и Американской ассоциации геологов-нефтяников

1 - известняки вульфкэмпия; 2 - известняки Киско; 3-известняки верхнего страуна; 4 - известняки Каньон; 5 - известняки нижнего страуна; 6 - местоположение глубоких скважин, использованных при построении разреза по линии С-С

 

На основании петрографического изучения восточного пенсильванского выступа Хорсшу установлены пластинчато-водорослевые купола или холмы и обломочные вакстоуны с многочисленными фузулинидами, оолитовыми грейнстоунами и энкринитами, образующими фланговые слои. Форма осадочных тел в пределах главных построек не была определена, но конфигурация изолированных областей указывает на вытянутые тела в несколько километров длиной и 100 м высотой. Было отмечено, что барьерное окаймление пересекают каналы. Биостромные обломочные постройки содержат не менее 20 пористых горизонтов, разделенных глинами. Очевидно, эти горизонты обусловлены выщелачиванием и растворением грунтовыми водами. Этот гигантский комплекс коллекторов содержит 2,5 млн. баррелей нефти, 90% которой сосредоточено в рифовых постройках!

Рис. VI-17. Карта основных фаций обнаженной части известняков Стентон в Юго-Западном Канзасе. Показаны области развития водорослевых пелитоморфных известняков и известняковых песков, выполняющих каналы и окаймляющих с запада низкую банку. По Хекелю [150, рис. 2]

 

Обычно формация куполов илистых пластинчатых водорослей встречается на мелком шельфе. Она хорошо изучена в Канзасе и на севере Центрального Техаса, где особенно хорошо развита в миссурийских слоях, которые соответствуют в обеих областях стадии максимальной шельфовой инундации. Хекелем, Коуком [152] и Харбо [145] установлено, что формация состоит из Archeolithophyllum (прикрепляющаяся пластинчатая красная водоросль) и пластинчатых водорослей семейства кодиаций. В Канзасе накопились плоские линзы филлоидно-водорослевых вакстоунов, заполненные кристаллическим кальцитом. Линзы достигают лишь 3-10 м мощности и десятков километров в ширину; они разделены каналами. Латеральные склоны пологие, за исключением бортов каналов, где выявлены максимальные превышения - 25 м. Каналы ориентированы предположительно вкрест простирания слоев, шириной достигают 1-2 км и прослеживаются на 35 км. Они сложны органогенными грейнстоунами с зернами, одетыми оболочками (рис. VI-17).

Рис. VI-18. Палеогеографическая схема позднепенсильванского моря в течение известняковой фазы циклического осадконакопления на Мидконтиненте Северной Америки. По Хекелю [150, рис. 1]

Региональные соотношения показаны на рис. VI-18. Выявлено нагромождение куполов, т. е. их повторение в вертикальном разрезе у южного окончания выходов вдоль границы штатов Канзас и Оклахома. Разрез здесь изменяется от существенно глинистого, развитого к югу, до кластического, выполняющего прогибы Анадарко и Аркома. Восточнее расположена низкая суша в пределах более молодого куполовидного поднятия Озарк. Развитие аккумулятивных куполов, вероятно, усиливается западнее этой структуры. Каналы, рассекающие комплекс, также ориентированы на запад к открытому морскому шельфу. Аналогичные условия указываются Хекелем [150] для современной территории вдоль Трушел Кост. Хекель также приводит данные о том, что банки образуются в условиях трансгрессии, наступающей вслед за стабильным положением береговой линии или слабой регрессией. Илистые купола развиваются на вершинах водорослевых строматолитов, окруженных оолитовыми песками. Они, по-видимому, представлены илистыми банками, возникшими в очень мелких, относительно изолированных морских водах. Формирующаяся впоследствии оторочка грейнстоунов образует их внешний обращенный к шельфу край.Абрадированные зерна указывают на волновую активность - мелководье. Один из флангов купола наклонен на запад под углом 15° и свидетельствует о превышениях не менее 50 м. Нормальный наклон неретического шельфа был, однако, больше примерно 1°. Карбонатные осадки открытого шельфа к северо-западу от построек представлены аргиллитовыми биокластическими вакстоунами со следами ползания червей, окончатыми и другими мшанками, брахиоподами, губками и морскими ежами.

Некоторые типы пологих линзовидных микритовых построек, сложенных филлоидными водорослями, обычно пересекают обнажения Пенсильвания на севере Центрального Техаса. В Канзасе они представлены  низкими  карбонатными  банками,  находившимися  в  шельфовых лагунах между песчаными каналами и глинистыми илами береговых озер. Это означает, что оолитовые известковые пески в хр. Чико около Бриджпорта в Техасе к югу в пределы каналов наращивали купола пластинчатых водорослей, ориентированных субширотно, Подобная обстановка, вероятно дублируется в Канзасе соотношением между куполами и каналами, описанным Хекелем.

Рис. VI-19. Карта палеотектоники и фаций ранневульфкэмпской Алфавитной зоны на северном шельфе прогиба Делавэр, округ Ли, Нью-Мексико

 

Представление о строении шельфовых куполов как в Канзасе, так и в Северном Техасе (например, площадь Поссум Кингдом-Дам) недостаточно полное из-за отсутствия публикаций о соотношениях слоев на западном (погребенном) склоне. Хотя погребенные вульфкэмпские линзы водорослевых пластин были подробно изучены в трех измерениях на северном шельфе прогиба Делавэр. В поле Баф, в Нью-Мексико каждая из «алфавитных» зон от А до D тонко циклических известняков в средней и верхней части представлена брекчированными пластинами водорослевых биостромов. Лучшие коллекторы приурочены к этим фациям, они преимущественно расположены в опущенных крыльях конседиментационных разломов и полого наклонены от гребней структур. Верхняя часть каждого цикла представлена красноватыми брекчированными «почвенными» зонами, формировавшимися во время морских регрессий.

Таким образом, купола пластинчатых водорослей лучше всего развиваются на окраинах шельфа; эти растения процветают в различных палеогеографических условиях, и их распространение и размеры аккумуляции определяются тектоническими движениями, климатом и привносом терригенного материала.

Рис. VI-20. Ранневульфкэмпская палеогеографическая обстановка на юге Нью-Мексико, отражающая детали рис. VI-19. По Малеку-Аслани [227, рис. 8], с разрешения Американской ассоциации геологов-нефтяников

Фораминиферовый и тубифитовый риф Таунсенд - Кемниц [93, 227]. Другой тип органогенных построек встречается в нижнепермских слоях на юго-западе США. Он представлен линейными илистыми банками с шапками баундстоунов. Хорошо изученный тип таких построек располагается в районе погребенного северного окончания прогиба Делавэр в округе Ли, Нью-Мексико. Нижневульфкэмпские слои образуют здесь субширотно простирающуюся изогнутую карбонатную постройку, которая пересекает несколько структурных поднятий, ориентированных меридионально и представляющих собой раннепенсильванские ограниченные разломами блоки (рис. VI-19, 20). Продолжающиеся движения по этим разломам обусловили образование умеренно крутых уступов и привели к обмелению бассейна и развитию карбонатных построек в Пенсильвании вдоль таких уступов. Там, где ранневульфкэмпская шельфовая окраина пересекала ограниченные разломами блоки, возникли структурные поднятия поля Таунсенд - Кемниц, хорошо изученные по многочисленным скважинам. В региональном отношении нижневульфкэмпские слои образуют утоняющийся к северу клин с хорошо развитой пористостью в наиболее мощном его крае, располагающемся на окраине шельфа. Базальные слои на юге представлены тонкими темными спикулитовыми известняками. Мощность их пористых эквивалентов вдоль шельфовой окраины превышает 30 м и снижается до 25 м в 2 км севернее, а еще далее известняки постепенно выклиниваются. Описанные соотношения легко подтверждаются с помощью электрокаротажа (рис. VI-21). Детали строения пористых построек определяются наличием двух разделенных глинами полуциклов, верхний из которых более тонкий и залегает трансгрессивно. Обращенный к прогибу склон наклонен под углом 2-4°. Общая длина исследованной карбонатной окраины шельфа более 50 км (см. рис. VI-20).

Малек-Аслани  [227]  описал главные фации, развитые в пределах построек.  Рифовый  фронт с  вершинами образует узкий пояс   (около 2 км шириной) и состоит из пород с баундстоуновой решеткой, сложенной на 30-40% Tubiphytes и трубчатыми фораминиферами. Tubiphytes также особенно многочисленны в пакстоунах фланговых слоев. Форма их роста указывает на прикрепляющийся образ жизни в подверженных волнению водах. По-видимому они лучше развивались на открытых флангах и вершинах пластинчатых водорослевых куполов/

Рис. VI-21. Типичные фациальные изменения на протяжении нескольких километров с севера на юг через поле Кемниц по данным электрокаротажа. Детальный петрографический состав пород заштрихованных участков показан на рис. VI-22. По Малеку-Аслани [227, рис. 4], с разрешения Американской ассоциации геологов-нефтяников

.

Остальные осадки пояса на окраине шельфа представлены биокластическим детритом с микритовым заполнителем. Самые верхние слои сложены грейнстоунами с окатанными обломками (рис. VI-22). Пустоты в органогенном каркасе заполнены илом с многочисленными геопитальными структурами. Кристаллического цемента мало, первичная пористость значительна.

С тыловой стороны, защищенной от морского волнения, риф продолжал формироваться на очень пологом склоне. Эти осадки состоят из «зарифовых» грейнстоунов с многочисленными Tubiphytes и пакстоунов с большим количеством заполнителя и более редкими Tubiphytes. Микритовые осадки представлены дазикладациями. Они, возможно, сформировались в мелководных лагунах в тылу рифа. Существенно, однако, что зарифовые осадки также нормально морские, и условия свободной циркуляции вод создавались периодическим полным затоплением окраин шельфа. Пластинчатые водоросли также составляют большую часть этих осадков. Они появляются в наиболее защищенных местах за рифом или в нижней части его склона и особенно многочисленны в нижней и средней частях разреза.

Фации передового склона представлены шлейфом пакстоунов и вакстоунов. Некоторые слои этих пород имеют косую слоистость, наклоненную под углом около 45°. Осадки скорее грубые, бимодальные; биокластический материал смешан с черным спикулитовым микритом. Обычно вместе с этими фациями встречаются фузулиновые и криноидные накопления. Грубообломочные осыпи - плохо сортированные рудиты из лито- и биокластов. Литокласты представлены как шельфовыми, так и окраинно-шельфовыми осадочными породами, а биокласты - крупными абрадированными, иногда почерневшими фрагментами брахиопод, роговых кораллов, мшанок, морских лилий и фузулинид. Поперечный меридиональный разрез через Кемниц (см. рис. VI-22) показывает широкое развитие водорослевых пластин в нижней части склона преимущественно в спокойных глубоких водах. Фации в самом прогибе представлены глинистыми, темными спикулитовыми микритами с линзами чистых карбонатных микритов, шаровой текстурой и слоистостью течения.


Рис. VI-23. Карта изолиний пористости поля Кемниц, Нью-Мексико. Изолинии проведены через 10 футов в слоях с пористостью 8-18%. Пористость отчетливо оконтуривает фарватер и риф шельфовой окраины. Цифры в квадратах сетки - квадратные мили (разрез в пределах Тауншипса)

 

 

Согласно Малеку-Аслани, пористость лучше всего развита в структурах баундстоунов с Tubiphytes, достигая 18%, а в среднем составляя около 8%. В баундстоунах отмечаются между порами внутренние связи, поэтому проницаемость может быть очень хорошей, хотя и варьирует. Наибольшая продуктивность в Таунсенд - Кемниц характерна для узкого фронта рифового пояса, или «фарватера». Малек-Аслани связывает ее с первичной пористостью в рифовой постройке. В некоторых случаях коллекторские свойства обусловлены внутреннесвязанной пористостью водорослевых пластин, когда первичное поровое пространство не было заполнено микритовым цементом или имели место брекчирование, пластовая трещиноватость, течение илистого материала (рис. VI-23).

Данхэм   [93]   собрал  полные данные  как о выщелачивании   так и о перераспределении осадков «фарватера» в вадозной зоне Его интерпретация должна быть увязана с особенностями сложной геологической истории пенсильванских построек, которые несут следы колебаний морского уровня и периодов субаэральных воздействий. Поперечный    разрез поля Таунсенд (см. рис. VI-22) отражает эту геологическую   историю. Вдоль оси простирания Таунсенд - Кемниц, начиная с перми  накапливались черные кремнистые спикулитовые илы, сменившиеся затем нормально морскими биокластическими вакстоунами   Эти осадки отлагались вдоль некоторых куполов илистых вакстоунов с водорослевыми пластинами, тем самым наращивали разрез на несколько десятков метров. Ниже по склону имел место иной тип седиментации- здесь за счет эрозии уже сцементированных мелководных карбонатных осадков верхней части склона формируются тонкие прослои темных более поздних остаточных конгломератов. Глинистые и доломитовые слои в нижней части построек соответствуют перерывам в рифовой седиментации в то время, когда в нижней части склона накапливались конгломераты;  возможно, перерывы отвечают ранним периодам субаэральных условии. Последующая трансгрессия как в осевой части    полосы    так и на склоне, обращенной к бассейну, привела к развитию характерных микритовых фации с водорослевыми пластинами и Tubiphytes а затем и к широкому распространению на гребне корнуспировых фораминифер   В более северных областях, за гребнем отлагались биокластические обломки. Наконец, когда морской уровень понижался или когда рост куполов выводил их выше базиса волнения, развивались вершинные грейнстоуны и баундстоуны с трубчатыми фораминиферами. Корнуспировые баундстоуны с Tubiphytes достигали наибольшей мощности и широкого распространения на передовом склоне. Вертикальные превышения в полосе Таунсенд - Кемниц в это время достигали 30 м, поскольку вблизи нее на фациях передового склона несогласно залегают заполнявшие прогиб уплотненные глины, мощность которых составляла 15 м. Несогласие проявилось и на вершинах куполов, фиксируя следующий период субаэрального обнажения и диагенеза.  Данному  стратиграфическому интервалу соответствует второй слой конгломератов на склоне, обращенном к прогибу. Самая верхняя пачка чисто карбонатных обломочных пород и баундстоунов перекрывает   главный   риф   Таунсенд - Кемниц и отделена от него «сланцевым перерывом» в области, расположенной непосредственно за рифом. Эта пачка отражает трансгрессию, продолжавшуюся непрерывно в вульфкэмпское время и подтверждающуюся залегающим выше покровом эвксинных отложений и известняков, накопившихся в условиях свободной циркуляции морских вод. Покров выполнял прогиб южнее рифовой полосы, а также перекрывал гребень рифа.

Согласно Данхэму [93], выщелачивание в вадозной зоне является главным диагенетическим фактором обраозвания пористости, хотя  важную роль также играет раннее уплотнение с образованием брекчии, выщелачиванием и доломитизацией. Доломиты обнаружены главным образом в нижней части куполов: тонкозернистый доломит развивается как по обломочным зернам, так и по заполнителю, а в пустотах отмечаются его очень крупные зерна. В первичном микритовом известковистом заполнителе не обнаружено ни сахаровидной структуры, ни доломитизации. Последняя обычно не играет существенной роли в формировании  коллекторов.  Вадозные процессы связаны в основном  с понижением уровня моря, обнажением куполов и развитием линз пресной воды в последней стадии роста рифов. Наличие «фарватера» в породах с крупными и непрерывными породами связано с выщелачиванием основной массы слабо слоистых органогенных пород, которые занимали наиболее высокие части куполов и которые поэтому состоят в основном из баундстоунов с хорошо развитой связаннопоровой структурой, возникшей в результате диагенеза (см. рис. VI-23). К северу от рифов в слоистой зарифовой толще пористые слои становятся тонкими. Около 80% установленных 14,5 млн. баррелей полностью извлекаемой нефти  приходится на  «фарватер»,  благодаря  наличию  превосходного единого и дренируемого коллектора в этом узком поясе.

Раннепенсильванские постройки округа Саттон Западного Техаса. На небольшом поле Денисон в Западном Техасе, как известно, нефть добывается из коллектора, сложенного детритом очень мелких дендроидных строматопор Komia (рис. VI-24). Это одно из многих полей дисмойнского или страунского возраста, которые развивались в пределах карбонатных построек вдоль отмелей западной окраины восточного шельфа прогиба Мидленд. Структура и биологический состав этих полей в литературе недостаточно полно описаны [372].

Komia, вероятно, не способны к возведению конструкций, несмотря на то что известны крупные ветвистые их формы в ненарушенном положении {Ungdarella Ту ми и Уин ленда, 1968, см. для уточнения Уилсон [414]. Это очень хрупкие организмы; обычно они обнаруживаются в микритовых слоистых известняках. В поле Денисон они образуют фланговые обломочные накопления, обогащенные криноидеями, на обращенном к морю склоне илистого купола, построенного водорослевыми пластинами и многочисленными фораминиферами. Коллектор образован грейнстоунами с сохранившейся первичной пористостью и несколько измененными биокластами Komia. Аналогами могут служить сходные образования современных красных водорослей Goniolithon, обломки которых образуют обрамление банки Родригес во Флоридском проливе [18]; быстро разрушающиеся красные водоросли окаймляют рифы вокруг северного конца п-ова Катар в Персидском заливе. Как это поле, так и постройка Нена-Люсия, описанная Туми и Уинлендом [372] свидетельствуют о том, что фации пористых коллекторов преимущественно развиваются в открытом море на подветренной стороне этих нижележащих построек.

Рис. VI-24. Разрез через среднепенсильванское поле на западе центральной части округа Саттон, Техас. Длина разреза  15 км. Показана часть разреза в несколько десятков   метров   мощности - небольшая   постройка   на   шельфовой   окраине  венчается грейнстоуном с Komia; зоны Wedekindellina и Fusulina демойнского возраста / - Ko

mia; 2 - фораминиферы;   3 - фузулиниды;   4 - пластинчатые     водоросли;     5 - раковинные биокласты

ВЫВОДЫ

В позднепалеозойских карбонатных постройках отражается связь фации с историей геологического развития и в меньшей мере с их тектоническим положением. Аналогами их являются некоторые виды голоценовых карбонатных илистых накоплений. Учитывая специфические характеристики пористости и проницаемости этих позднепалеозойских фации, следует считать их особо важными нефтеносными коллекторами.

История роста. Семь стратиграфически важных микрофаций устанавливается в постройках, когда не нарушается нормальное их развитие.

1.         Начальная аккумуляция во многих случаях представлена базальным скоплением биокластических микритовых обломков.

2.         Фации микритовых ядер с водорослевыми пластинами формируются в виде аккумулятивных куполов (бафлстоун, по Кловэну) ниже волнового базиса в спокойных водах глубиной до 25 м, где растения

 

Рис VI-25 Идеализированная позднепалеозойская постройка, отражающая распределение семи обычно ассоциирующихся фаций: 1) базальные биокластические микритовые скопления, 2) микритовое ядро водорослевых пластин 3) гребневые баундстоуны из фораминифер и прикрепляющихся водорослей, Tubiphytes, 4) органогенные поверхностные слои, 5) фланговые слои с обломками трубчатых фораминифер, 6) редко встречающиеся морские обвальные брекчии склонов, 7) венчающие слои -мелководные грейнстоуны с дазикладациями и раковинами гастропод. См. также рис. ХII-4 и рис. ХII-5.

/ - дазикладации; 2 - округлые с оболочкой частицы; 3 - брекчии или конгломератовые кластиты;  4- пеллеты; 5 -водорослевые пластины; 6 -трубчатые фораминиферы; 7 -фузулиниды 8- мелкие фораминиферы; 9 -обломки раковин; 10 - строматолиты, губки, 11 - брекчированные структуры

улавливают известковый ил (глубина определяется по средней максимальной высоте отдельных ядер).

3.         Некоторые купола пластинчатых водорослей растут в активной волновой зоне, образуя фацию гребневых баундстоунов вместе с прикрепляющимися трубчатыми фораминиферами и (или) Tubiphytes.

4.         Купола в лагунах или других защищенных областях характеризуются только фациями с развитием тонкого скрепляющего поверхностного слоя, состоящего из определенных видов губок, строматопор и строматолитовых водорослей [270].

 

5      Если вершины куполов продолжительное время оставались вблизи или в пределах базиса волнения, широко развивались фланговые слои за счет накопления обломков организмов, живших на этих вершинах. Здесь процветали небольшие подвижные фораминиферы, фузулиниды, трубчатые прикрепляющиеся фораминиферы, Komia и т. и. Крутонаклоненные фланговые слои могут состоять более чем на половину из массивных «рифовых» известняков.

6      В некоторых куполах с крутыми склонами на обращенных к морю флангах в нижней части склона присутствуют морские осыпные брекчии и конгломераты - биокластиты и литокластиты, возникшие за счет локально разрушающихся куполов.

7. Обычно после образования рампы или платформы, состоящей из ядра и фланговых слоев, во время стабилизации морского уровня формируется горизонтальный вершинный слой грейнстоунов с косой слоистостью и оолитами. Последний обычно перекрывает вершину комплекса купол - фланговые слои.

Рис. VI-25 иллюстрирует идеализированный разрез постройки с семью фациями, участвующими в его строении. Такая последовательность фаций наблюдается во многих других частях геологического разреза и обобщена в гл. XII.

Ориентировка куполов относительно окраин шельфа и их происхождение. Ориентировка и происхождение   куполов   взаимосвязаны   и

важны как при разведке, так и эксплуатации нефтяных полей. Многие отдельные купола (например, вокруг прогиба Оро-Гранде, Нью-Мексико) ориентированы своими длинными осями параллельно простиранию осадочных слоев и шельфовым окраинам. Часть же из них -ортогональна к простиранию фаций, например, поле Исмей в прогибе Парадокс в штате Юта и, возможно, некоторые обнаженные купола в горах Биг-Хатчет в Нью-Мексико, на восточном борту прогиба Педрегоза. Вытянутая форма куполов, их постоянная ориентировка и обломочные осадки в базальных слоях указывают, что они возникали как бары или скопления осадков, сформированных течениями или волновой активностью, а затем колонизировались пластинчатыми водорослями и (или) трубчатыми фораминиферами. Приливно-отливные бары в проливах, терригенные бары в придельтовых областях, скопления обломков моллюсков и морских лилий могут представлять собой «стартовые площадки», индуцирующие накопление известковистых органогенных илов.

Аналогичная картина современной аккумуляции наблюдается в пределах полосы Флоридского рифа. Узкие проливы между барами в пределах островов Флорида-Кис и на «выходе» из бухты Бискейн ориентированы по нормали к береговой линии, тогда как биокластические илистые банки Таверниер и Родригюес на мористой стороне островов Кис располагаются под углом к побережью. Эти две банки могли быть сформированы на изломах пологого склона, обработанного прибрежными течениями. Банки Таверниер и Родригуес могут быть хорошими аналогами многих позднепалеозойских куполов. Они возникли в результате аккумуляции биокластических известковистых илов в водах глубиной 3-5 м после поствисконсинской морской трансгрессии и разрослись до базиса волнения, а затем были перекрыты биокластическими обломками, образовавшимися за счет прикрепляющихся организмов обильно произраставших на надветренной (обращенной к морю) стороне Встречаются кораллы, зеленые водоросли, красные водоросли, Goniohthon с формами роста, подобными Komia [18]. Современный облик и размеры банок, за исключением мощности, близки многим куполам пластинчатых водорослей, и они показывают, каким сложным может быть происхождение отдельных куполов. Они образуются не только под влиянием течения, но и в результате отсутствия течений, встречи друг с другом слабых течений из больших лагун в открытое море. Это видно против выходов в застойных водах таких областей, как Балкхид Шоул, описанной Пэсеем [299] в северной части лагуны в Белизе, и Кайо Сусио из лагуны Исла Бланка вдоль северо-восточного берега Юкатана [50]. Более того, ветровые завихрения также могут способствовать скоплению илов в полностью замкнутых лагунах.

Вариации тектонического положения пенсильванско-вульфкэмпских построек. Характерные биоты построек, описанные в данной главе, способны развиваться почти во всех тектонических условиях. Возникновение на удаленных от берега больших банках в прогибе Мидленд сложных куполов высотой в несколько сотен метров обязано быстрому погружению и карбонатной седиментации одновременной с прогибанием-примером этому может служить атолл Хорсшу в северо-западной части Техаса. Эти постройки и также постройки окраин шельфа, представленные обычно караваеобразными холмами, образуются преимущественно в нижней части склона на возвышенностях палеорельефа (постройки I типа, описанные в гл. XII и ранее Уилсоном [417]) Они имеют тенденцию регрессивно прилегать друг к другу, если погружение было небольшим. Для окраин шельфа не характерны большие выдержанные пояса барьерных рифов; здесь встречаются прерывистые цепочки холмов и куполов с многочисленными водорослевыми пластинами и шапками из трубчатых фораминифер и Tubiphytes. На шельфе, вокруг ядер холмов или куполов развиваются обширные фланговые слои известняков. В противоположность этому у куполов нижней части склона фланговые слои развиваются слабо.

Кроме того, встречаются линзовидные слои некоторых органогенных фаций, в том числе и куполов, мощностью всего нескольких футов, растущие из впадины поперек шельфа. Они сформировались в удалении от влияния терригенного обломочного материала, залегая обычно в средней части типичной пенсильванской циклотемы.

О пористости и проницаемости в пенсильванско-вульфкэмпских постройках:

1.  Накопления грейнстоунов из водорослевых пластин такие, как постройки в прогибе Парадокс, отличаются первичной пористостью.

2.         Большая часть водорослевых пластин аккумулируется в микритовом заполнителе, но при этом также развивается хорошая пористость благодаря брекчированию пластин и частичной литификации цемента. Уплотнение ила приводит к образованию трещиноватости в литифицированном материале, жестких раковинах и водорослевых пластинах, которые иногда разворачиваются и дробятся.

3.         Пористость первичного растворения благодаря внутренним изменениям и разрушениям дополняется образованием проводящих каналов, по которым впоследствии происходит миграция флюидов. Кальцифицированные корки пластин способствуют их большому разрушению. Образование дополнительных пустот выщелачивания связано с воздействием атмосферных вод. Выполнение некоторых пустот илистым материалом обусловлено его переносом при уплотнении. Часть этого материала, согласно Данхэму [93], представлена вадозными алевролитами.

4.         Komia, Tubiphytes и трубчатые кальциторнелидные фораминиферы определяют тончайшую пористость. Скелет Komia, вероятно, состоял из метастабильного арагонита, если допустить их принадлежность к строматопорам. Такие микропористые формы чувствительны к диагенезу. Малоподвижные прикрепляющиеся организмы в процессе роста образуют дополнительные пустоты, определяющие формирование проводящих каналов для флюидов и создающие коллекторы с высокой проницаемостью. Поэтому баундстоуны вершин куполов и фланговых слоев могут обладать хорошей пористостью и проницаемостью.

 

5.         Важное значение имеют субаэральные условия и воздействие атмосферных вод. Значительные колебания уровня моря в позднем палеозое создавали благоприятные условия для выщелачивания в вадозной зоне над древними водными поверхностями. В коллекторах часто наблюдаются сложные контакты между водой и нефтью в относительно узких зонах. Омечаются также и литологические признаки колебаний уровня моря. Даже в пределах ядер многих биогерм наблюдаются красноватые окисленные зоны, содержащие конгломераты. Шельфовые циклы также могут служить доказательством колебаний уровня моря.

6.         На юго-западе США пористость, связанная с доломитизацией, обнаруживается значительно реже в пенсильванско-вульфкэмпских слоях, за исключением эвапоритовых прогибов. Небольшое количество стартиграфически контролируемых доломитов установлено в пологозалегающих слоях приливно-отливных зон, слагающих раннепермскую формацию Иар в Аризоне и Нью-Мексико и Пенсильванскую формацию Минелуза на севере Высоких равнин.

 

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.