Карбонатные фации в геологической истории. Глава 7. Позднепалеозойские терригенно-карбонатные шельфовые циклы. | Lithology.Ru - Литология.РФ :

Карбонатные фации в геологической истории. Глава 7. Позднепалеозойские терригенно-карбонатные шельфовые циклы.

В главе II подчеркивалась важность изучения цикличной седиментации и обсуждались основные черты ее формирования. Наиболее характерные циклические осадки обнаруживаются в пределах шельфовых областей, хотя изменение седиментационных условий может способствовать формированию многих типов осадков впадин (флиш, эвапориты, карбонатно-сланцевые ритмы). Цикличность шельфовых осадков обычна для позднего палеозоя северного полушария. Постоянное расположение платформ почти у уровня моря, тектоническая активность, которая обеспечивала питание терригенным материалом, более частые эвстатические колебания уровня моря (благодаря гляциальным или тектоническим причинам) -все это привело к формированию в данный период наиболее  благоприятных  условий  для   циклической   седиментации.

В главе сравнивается два типа шельфовых циклов, в которых терригенные кластиты поступали из отдаленных дельт и переслаивались с карбонатными слоями: 1) нижнекаменноугольная формация Йоридейл Британских островов и 2) пенсильванские циклотемы Мидконтинента Северной Америки. В предыдущих главах рассматривались мощные чисто карбонатные отложения, сформировавшиеся на окраинах шельфов или на склонах впадин одновременно с циклическими толщами. Описание указанных типов шельфовых осадков дается в краткой форме, поскольку им уже посвящена обширная литература.

Как Иоридейлские, так и Североамериканские пенсильванские циклотемы должны были накапливаться в пределах широких пологих шельфов в тропических морях, где карбонатная седиментация периодически прерывалась привносом кластитов из отдельных источников терригенного материала. Различия могут быть связаны (1) с асинхронностью привноса терригенного материала, с поднятиями и опусканиями уровня моря или (2) с перекомпенсацией прогибания и скоростью продвижения дельт в море.

Так, для йоридейлской цикличности привнос глин и песков или обусловлен постепенной морской регрессией, или связан с независимым опусканием уровня моря. Трансгрессия же сопровождалась образованием единого слоя известняков. Наоборот, во многих циклах пенсильванско-вульфкэмпского возраста на Мидконтиненте и подобных циклах в Нью-Мексико наступление моря обычно сопровождалось известковой седиментацией, чередующейся с привносом глин и песков. Терригенная седиментация обычно совпадала с наступлением моря в каждом цикле. Таким образом, в толще переслаивающихся известняков и терригенных кластитов наиболее сложные циклы отвечают максимуму трансгрессий. Это объяснение основано на интерпретации следов размыва в основании известняковой части цикла.

 

ЦИКЛЫ ФОРМАЦИИ ЙОРИДЕЙЛ

Первые циклы, описанные в геологической литературе, встречены в области Йоридейл - Венслейдейл Пеннинских гор английского Мидленда в слоях визейского возраста. Около восьми циклов, каждый из которых имеет мощность не менее 30 м, образуют пачку, широко распространенную в Северном Пеннинском блоке к северу от прогиба в Герцинском поясе (рис. VII-1). Платформенные циклические осадки распространены севернее Нортумберленда и обнажаются вдоль восточного побережья севернее Ньюкастл-на-Тайне и в Шотландской низменности вблизи Эдинбурга. Вдоль южного края Северного Пеннинского блока (область Инглборо-Сетл) часть циклических слоев формации Йоридейл переходит в энкриниты верхней части известняка Грейт-Скар (см. рис. V-10).

Типичный цикл состоит из слоя базальных известняков с постепенным переходом перекрывающихся глинистыми и песчанистыми осадками, мелководность и грубозернистость которых увеличиваются вверх по разрезу. Черные глины или алевролиты, сменяющие известняки, перекрываются серыми алевролитами, переходящими в косослоистые песчаники, венчаемые «подстилающей землей» (seat earth) или «почвой» с корнями и перекрывающими углями.

Ясно, что кластические осадки были сформированы как типичная дельта; это в общих чертах описано Муром [249] и Селли [324] - рис. VI1-2. Известняковый слой следующего цикла имеет резкий контакт с углем (рис. VII-3), что обычно и дает основание считать началом цикла известняк. Это темный вакстоун - пакстоун с разнообразными биокластами  (кораллы, брахиоподы, мшанки, лилии, водорослевые он

коиды) и даже оолитовыми слоями, иногда косослоистыми. Присутствуют тонкие прослои глин и стилолиты. Известны также энкриниты и небольшие полигенные изолированные «рифы». Кремневые конкреции и кремнистые известняки встречаются в верхней части карбонатных слоев. Вверх по разрезу известняки постепенно сменяются слоистыми черными пиритсодержащими слюдистыми глинами и алевролитами с сидеритовыми конкрециями. Наиболее обычными окаменелостями являются продуктиды.

Рис. VII-1. Распределение формации йоридейл и ее эквивалентов в Англии и Шотландии. По Муру (349, рис. 3]

/ - обнажения;   2 - распространение   пород   по   данным   бурения;   3 - буровые   скважины

 

Рис. VII-2. Сопоставление разрезов двух циклов формации Иоридейл (IV и II) с юга на север через Северную Англию. По Муру [249, рис. 13]. Буквами от А до Е обозначены прослеживающиеся известняковые слои. Граница двух циклов проведена по кровле терригенных кластитов ниже С или D. Расположение блоков Эскриг и Элстон см. на рис. VII-1

/ - углистые почвы; 2 - песчаники; 3 - глины; 4 - известняки

Иоридейлские циклы отражают наступление моря на нестабильный шельфовый блок севернее герцинского трога. Каждая трансгрессия происходила без привноса терригенного материала. Известняки отлагались в водах с открытой циркуляцией и, следовательно, на средних глубинах над значительной частью шельфа. Наиболее глубокое внедрение моря происходило, вероятно, во время накопления продельтовых черных глин и алевритов, которое свидетельствует о привносе обломочного материала при продвижении дельты с севера. Тонкие косослоистые пески со знаками ряби и грубозернистые косослоистые пески представляют собой отложения речных разливов и русел. Угли и слои с корнями накапливались в пределах болотистых дельтовых равнин, завершая разрез цикла.

Часть разреза, представленная углями, черными глинистыми алевритами и широко распространенными тонкими пластами известняков, очень похожа на разрез фазы наступления моря пенсильванских циклотем Мидконтинента и может одинаково интерпретироваться. Трансгрессивные осадки, представленные известняками, сохраняют растительные накопления для преобразования их в угли.Для объяснения правильной повторяемости циклотем формации Иоридейл было предложено несколько теорий. Они включают: 1) тектоническую гипотезу наклона шельфа [48], 2) идею периодического уплотнения глинистого и органического материала при достижении необходимой нагрузки осадков [406], 3) простое седи-ментологическое объяснение - постоянное погружение шельфа с периодическим привносом тер-ригенного материала, связанным с перемещением дельтовых проток [249] - рис. VII-4.

В формации Иоридейл известны циклы с другой, хотя и похожей последовательностью. И во всех этих циклах во время трансгрессии отсутствуют условия для терригенного осадкона-копления и формируется отчетливый маркирующий слой карбонатов с резкой нижней границей. Сходная с йоридейлскими циклами    модель  описана    Ван-Сикленом [385] и Галлоуэем и Брауном [124] для пенсильванских слоев из северной части Центрального Техаса.

Рис. VI1-3. Литологический состав циклов формации Иоридейл в пределах Шотландской низменности, побережье Фез, восточнее Эдинбурга, около Данбара

Рис. VII-4. Стратиграфическая модель, отражающая изменение фаций от прогиба к побережью (с юггГ на север) в пределах одной циклотемы формации Иоридейл. Вертикальный масштаб и угол наклона у фронта дельты сильно преувеличены. Иллюстрация приводится по Джонсону [173]

 

Подобная циклическая последовательность особенно характерна для терригенных осадков. Верхний кластический слой в них значительно мощнее трансгрессивного   и приближается   к дельтовому;   обычно, вверх по разрезу наблюдаются более мелководные осадки. Примером могут служить эоценовые циклы побережной равнины Техаса [46, 112] с тонкими зелеными раковинными песками, связанными с широкой трансгрессией, и мощные линзы песчаников стадии выдвижения дельты в фазу регрессии. В отложениях нижнетриасовой группы Моенкопи (вирджинская формация) на юго-западе Юты [280] установлено несколько трансгрессий, но привноса обломочного материала не отмечается. Отложения трансгрессивной фазы представлены тонкими известняками открытого моря, которые перекрываются мощными гипссодержа-щими глинами и алевролитами. Классические среднедевонские фации Аппалачей представлены правильным чередованием тонких слоев известняков и регрессивных дельтовых фаций, сопоставимых с осадками йоридейлских циклов [77]. Меловые отложения Скалистых гор включают многочисленные клинья - линзы регрессивных песчаников, принесенных с воздымающихся Кордильер на восток в глинистый прогиб Пьерра-Манкос Мидконтинента. Трансгрессивные фазы этих циклов представлены относительно тонкими прослеживающимися на запад глинистыми языками с несколькими карбонатными конкрециями  [424].

ПЕНСИЛЬВАНСКИЕ  И  ВУЛЬФКЭМПСКИЕ  ШЕЛЬФОВЫЕ  ЦИКЛОТЕМЫ МИДКОНТИНЕНТА И СКАЛИСТЫХ ГОР

Хорошо известные смешанные терригенные кластические и карбонатные циклотемы обычны для позднего палеозоя Северной Америки, однако последовательностью напластования они несколько отличаются от йоридейлских. Эти циклотемы были описаны многими авторами и раньше всех Чарльзом Адденом [381], в центральных штатах Небраска, Айова, Канзас, Оклахома и северной части Центрального Техаса (рис. VII-5). Микритовые (илистые) купола с водорослевыми пластинами пенсильванского шельфа, охарактеризованные в предыдущей главе, обычно залегают в верхней части этих циклов. По терминологии Крумбейна и Слосса, шельф был «нестабильным», циклы отличаются выдержанностью тонких слоев пород различных типов и почти таким же содержанием глин и известняков, как и в фациях прогибов, удаленных от шельфа. Это выражает характер эрозии и частое переслаивание тонких слоев песчаников, глин и известянков и является отличительной чертой пенсильванского осадконакопления в Северной Америке [233, фиг. 16-7]; типичные модели циклов Мидконтинента на рис. VII-6 и 7 выполнены с большим увеличением вертикального масштаба, что несколько искажает их.

Петрография циклотем

Обычно наблюдается два типа песчаников: 1) шельфовые - грубо- и тонкослоистые, часто линзовидные, дельтовые с русловыми конгломератами, баровые, пляжевые и другие мелководно морские; различные петрографически" чаще слабополевошпатовые, лититовые, детально изученные литологически Уэнлесом [393, 394], Уэнлесом и др. )[396], Брауном [53], а также Галлоуэем и Брауном [124]; 2) бассейновые - тонкозернистые темные и более однообразные, переотложенные с шельфа во время низкого положения уровня моря (циклическая или регрессивная седиментация по Галлоуэю и Брауну [124]).

Тонкие черные глины-«глинистые сланцы», мощностью    до  1  м, широко распространены в Канзасе (сланцы   Хибнер    [105]    и сланцы Экселло [169]). Их изучение во многом дополнило понимание разреза циклотем. Глины листоватые, богатые органическими остатками, с многочисленными остатками конодонт, зубов рыб, спор, с бедным бентосом, включающим иногда лишь несколько брахипод и моллюсков, с фосфоритовыми конкрециями и повышенным содержанием урана. Фациальные условия - морские эвксинные. Наиболее обычны они для средней части разрезов мегациклотем позднепенсильванского возраста Канзаса, восточнее превалируют известняковые постройки, залегающие ниже дневной поверхности. Сходные черные глины образовывались в прибрежных озерах и болотах в Иллинойсе; они подробно описаны Зангрлом и Ричардсоном [425].

Рис. VII-5. Выход пояса поздне-пенсильванских слоев в области Мидконтинента Северной Америки. Показаны области развития построек пластинчато-водорослевых известняков. Длинные линии обнажений простираются субпараллельно (несколько отклоняются) простиранию фаций, ограничивающих Канзасскую шельфовую лагуну на западе. Подчеркивается поразительно правильная последовательность тонких литологических пачек вдоль простирания этих слоев. По Хекелю и Кауку [152, рис. 2], с разрешения Американской ассоциации геологов-нефтяников 1-15 - формации (1 - Топека, 2 - Дир Крик, 3 -Лекомптон, 4 - Орид, 5 - Лауренс, 6 - Стренджер, 7 - Стен-тон, 8 -Платсбург, 9 -Вайандот, 10 - Айола, 11- Друм, 12 - Герьявейл, 13 -Денис,   14 -Своуп,   15 - Херта)

 

Типы карбонатных микрофаций, выделенные по органогенному составу и структуре, описаны в гл. VI; они важны для фациальной интерпретации членов шельфовых циклотем. Поэтому в последние 15 лет им было уделено много внимания. Органические остатки позднепалеозойских известняков очень разнообразны и поэтому, несмотря на многочисленные исследования, не все окаменелости организмов должным образом идентифицированы биологически. Многочисленные биокласты создают структуру пакстоунов, которая обычно ассоциируется с микрокристаллической основной массой проблематичного происхождения. В пенсильванско-вульфкэмпских слоях обычно встречаются 11 типов микрофаций, списание которых основано на петрографическом изучении пород Мидконтинента США [363, 364, 366, 375] и опыте автора, приобретенном   в Западном Техасе, Нью-Мексико и Юте. Прекрасные иллюстрации микрофоссилий и структур приведены в работах Туми. Несмотря на явную неполноту изучения, ограниченную исследованиями в определенных провинциях, эти типы пород считаются основными и используются при общей интерпретации фациальных обстановок пенсильванского шельфового осадконакопления. Они обычно повторяются во многих разрезах в пределах западных и центральных регионов Соединенных Штатов Америки. Типы пород пронумерованы от Р1 до Р11, в отличие от стандартных типов микрофаций.

Рис. VII-6. Стратиграфическая модель фаций одной циклотемы Мидконтинента от Аппалачей до Канзаса. Вертикальный масштаб сильно преувеличен по сравнению с горизонтальным (в 50 000 раз). Осадочные циклы имеют мощность в несколько десятков метров и протягиваются более чем на 1500 км; отмечается большая их сложность по сравнению со слоями формации йоридейл. По Уонлесу |[393, рис. 10]

Рис. VII-7. Стратиграфическая модель фаций одной циклотемы Северного Техаса, от источника терригенного материала в орогенном поясе Уачита на востоке, через шельф, к карбонатным постройкам на краю прогиба Мидленд (расстояние около 200 км). По модели Ван-Сиклена [384], модифицированной Брауном [53]. Дельтовый комплекс на востоке обусловлен разрастанием условий седиментации, связанным с непрерывным погружением и различиями в уплотнении, которые определяются накоплением пород на шельфе. Основные черты строения циклотемы сходны с йоридейлскими циклами, с дикретными морскими известняковыми слоями у основания, перекрытыми морскими глинами, сменяющимися вверх по разрезу мелководными толщами с песчаниками    каналов и  красноцветными глинами

Р1. Моллюсковые глинистые железистые пелитоморфные известняки - слои с Myaliпа. В обнажениях представлены желтыми тонкими легко выветриваемыми известняками с обломками крупных раковин Myalina.

Фациальная   обстановка - неглубокие   заиленные   воды;   концентрация   железа не устанавливается.

Р2. Мергелистые глины с большим количеством окаменелостей. Серые комковатые при выветривании глины с хорошо сохранившимися окаменелостями разнообразных морских организмов: хонетиды, продуктиды, Neospirifer, Composita, Derbya - наиболее обычны из брахиопод; роговые кораллы; мшанки циклостоматы образуют крупные пластины; членики морских лилий и ежей, некоторые моллюски, фузулиниды и другие мелкие фораминиферы. Большая часть фауны представлена свободно передвигающимся бентосом; последний представляет собой значительную часть хорошо известной пенсильванской - раннепермской фауны Мидконти-нента. Фациальная обстановка - мягкий субстрат, умеренно чистые воды с открытой циркуляцией и нормальной соленостью, но с очень небольшим воздействием течений или волновой активности; глубины средние - от нескольких метров до десятков.

РЗ. Нормальные морские вакстоуны с 20-25% биокластов. Та же фауна, что и в сланцах Р2, плюс водорослевые пластины, небольшое количество дазикладаций и многочисленные фораминиферово-онкоидные структуры. Биоты обычно сильно различаются. Встречены Syringopora. Морские ежи более многочисленны, чем криноидеи. Заполнитель микритовый или микроспаритовый. Слоистость от волнисто-узловатой до горизонтально-листоватой. Обычно интенсивно гомогенизированы илоедами и зарывающимися организмами. Биокласты достаточно измельчены, но внутренняя структура в них хорошо сохранилась. Фациальная обстановка - чистые прозрачные воды с открытой циркуляцией и средними глубинами (от нескольких метров до десятков метров - нижняя часть склона биогерм), субстрат - мягкий. 9-й тип стандартных микрофаций (табл. VIB).

Р4. Фораминиферовые известняки. Плохо отсортированные обломки многочисленных фораминифер в пакстоунах или вакстоунах. Кальциторнеллиды обычно встречаются в виде уплощенных спирально-свернутых трубчатых форм, которые прикреплялись к мягкотелым организмам; отмечаются также тонкие агрегаты или неправильные шары. Свободноживущие фораминиферы концентрируются в структурах пакстоуна, известных в раннепенсильванских слоях. В нормальных морских известняках встречены многочисленные подвижные фораминиферы: Bradyiпа, Hemigordius, Tuberatina, Climacammina, Paleotextularia, Globivalvulina. В обнажениях такие известняки имеют волнистую слоистость и не отличимы от залегающих выше морских известняков РЗ. Фациальная обстановка, по-видимому, почти такая же, как и для нормальных морских известняков РЗ; очевидно, фораминиферы концентрируются с помощью слабых течений или волн; они выявляются почти повсеместно. Возможно, некоторая изолированность или повышенная температура вод сдерживает развитие других биот. Разновидность 9 типа стандартных микрофаций.

Р5. Фузулиновый ракушняк. Фузулиниды концентрируются не только в ракушняках, но и находятся также вместе с другими компонентами различных нормальных морских биот в известняках. Ракушняки встречаются в пластах с отчетливой слоистостью. Они обычно представлены пакстоунами с межгранулярным растворением и микростилолитизацией, особенно в тех случаях, когда цемент содержит примесь глинистого материала. Фациальная обстановка - безусловно нормальные морские чистые воды в пределах шельфа, глубина которого изменяется от нескольких метров до нескольких десятков метров. Фузулиниды жили в верхних частях склонов биогерм и, следовательно, в очень мелководных условиях, главная же их детритовая аккумуляция происходит ниже по склону между биогермами, начинающимися не менее чем в 25 м над морским дном (табл. ХХIIIА). Фузулиниды образуют прочные частицы, которые легко передвигаются и обнаруживаются во многих типах осадков, наиболее часто в карбонатах. 12 тип стандартных микрофаций.

Рб. Фация пластинчато-водорослевых илов. Известняковые вакстоуны (также описанные в гл. VI) состоят на 10-50% из пластинчатых водорослей, представленных как красными водорослями, так и кодиациями (?). Они встречаются как в хорошо слоистых известняках, так и в куполовидных постройках. Пластины очень тонкие и хрупкие, во многих случаях они ломаются и почти полностью разрушаются, но иногда сохраняются хорошо. Они кальцифицированы только вдоль внешнего слоя скелета; структура стенки редко сохраняется целиком и, как правило, в качестве микрита выполняют трубчатые формы. Другие нормальные морские организмы подчиненные, они, вероятно, подавлялись быстрым ростом водорослей. Пластинки редко обнаруживаются в каких-нибудь правильных соотношениях друг с другом, что указывает на легкое' перемещение, скучивание, разрушение и смешение с тонкозернистым осадком. Слоистые известняки, содержащие многочисленные пластины, сменяются по простиранию массивными линзовидными телами. В куполах водорослевые пластинки обычно ассоциируются с прикрепляющимися фораминиферами, такими как Tetrataxis, Tuberatina и корнуспиридами (табл. XXII). Фациальная обстановка - спокойные чистые воды в зоне фотосинтеза, т. е. не более нескольких десятков метров глубиной, но, возможно, и значительно более мелкие; вероятно, время от времени циркуляция вод была ограниченной, что приводило к отмиранию многих беспозвоночных.

Р7. Фланговые слои. Биокластические, литокластические пакстоуны и вакстоуны с биокластами, образовавшимися за счет размыва верхних частей их склонов и накопившимися в условиях волнения, - передовые, форсетные слои на осадочных склонах. Первичный седиментационный наклон поверхности изменяется от нескольких градусов до 30° и определяется углом естественного откоса для таких обломков. Многие биокласты разрушены и покрыты оболочкой. Первоначально консолидированные или аглютинированные осадки смешиваются с тонкозернистым материалом, который выполняет промежутки между крупными зернами. Характерны геопитали. Обнаружены биоты, которые встречены в рифах или на вершинах куполов. Многочисленные фораминиферы, особенно трубчатые формы корнуспирид вместе с обломками водорослевых пластин, ассоциируются с большим количеством другого биокластического материала. Определенные местные специфические сообщества, например криноидеи или брахиоподы, образуют скопления или выполняют карманы на флангах. Фациальная обстановка - зона умеренной волновой активности, способствующей накоплению ила в нижней части склона; образуются органогенные пеллеты и микритовый заполнитель внутри-биогермных вакстоунов. Разнообразные биотиты указывают на условия нормальной циркуляции и солености морских вод. Р7 является частью пятого типа стандартных микрофаций. Приводится в качестве постоянного примера при описании и интерпретации карбонатных микрофаций (гл. III, табл. I, IVA).

Р8. Слои, венчающие купола и калькаренитовые банки. Греинстоуны с заключенными в оболочки частицами, ооидами, пелоидами и окатанными и переотложенными биокластами. В последних различаются только твердые толстостенные формы, такие как эумфалиды и частицы дазикладаций. Основная масса обычно представлена темным пелитоморфным или мозаичным кальцитом, первоначально изотропным и вероятно морским цементом. Значительное уплотнение является следствием раннего выщелачивания зерен в некоторых слоях. Эти слои, хотя и редко встречаются в пенсильванско-вульфкэмпских отложениях, имеют большое значение, поскольку завершают биогермные постройки. Они обычно представлены косослоистыми песчаниками, образующими отчетливые слои мощностью несколько футов. Фациальная обстановка - зона мелководья, возможно, с ограниченным развитием морской фауны, течения и волновая активность. Эти слои являются частым объектом воздействия неморского диагенеза во время поднятия выше уровня моря в течение или сразу после осадконакопления. 11 тип стандартных микрофаций.

Р9. Слои с Caninia - Chaetetes. Массивные микритовые чисто известковые слои раннепенсильванского возраста с многочисленными кораллами. Прижизненное положение сохраняется не всегда, но кораллы связаны друг с другом и образуют баундстоун. Они, вероятно, росли на мягком известковистом субстрате, которым впоследствии и были погребены. Как колониальные Chaetetes, так и крупные одиночные Caninia встречаются и в глинистых, и в карбонатных осадках. Специфическая ассоциация с другими организмами не известна. Фациальная обстановка- илистые банки и отмели с кораллами; весьма мелководные чистые морские условия; глинистое загрязнение отсутствует; относительно спокойные воды. Р9 соответствует 7 и 8 типам стандартных микрофаций (бафлстоун).

P10. Онкоидные микриты - слои с водорослевыми шарами „Osagia-Ottonosia". Тонкие (1 м) слои микритов или вакстоунов с'округлыми нодулями до нескольких сантиметров в диаметре. Присутствуют массивные, волнисто-слоистые, возможно, строматолитовые водоросли с вростками темных перистых прикрепляющихся кальциторнелидных фораминифер. Некоторые из этих массивных сростков переплетаются со спиральными трубочками [362]. Трубочки Girvanella встречаются в изобилии в слоистых пластах. Фациальная обстановка - спокойные воды, поскольку заполнитель обычно микритовый; осадконакопление было медленным - неприкрепленные шары могли быть долго на поверхности осадка. Собственный вес шаров благодаря большому содержанию водорослей был относительно низким. Такие слои обычны в цикличных шельфовых осадках всех возрастов, часто связаны с несогласиями и выполнением приливных каналов и понижений за биогермами. Современные онкоиды, возникшие в результате аккреции известковистого ила синезелеными водорослями, встречены во Флориде и на Багамах; они рассеяны в приливных каналах, мелководных заливах или проливах, однако слои с текстурой, подобной той, которая наблюдается в пластах геологического прошлого, в голоцене не встречены. Р10 соответствует 22 типу стандартных микрофаций.

Р11. Бассейновые глинистые микритовые известняки и вакстоуны, сформировавшиеся во впадинах. Темные хорошо слоистые пласты с преобладанием нормальной морской фауны. Автохтонные фораминиферы очень редки, вероятно, фузулиниды так далеко вниз по склону не перемещались. Брахиоподы представлены главным образом продуктидами, как створками, так и шипами и иглами. Обычны также трилобиты, остракоды и моллюски. Морские ежи встречаются чаще, чем криноидеи. Обломки водорослевых пластин в тех случаях, когда они присутствуют, хорошо сохраняются и имеют даже кортикальную структуру. В известняках мелководных впадин на удалении от шельфа многочисленны спикулы губок. Фациальная обстановка - спокойные, нормальные морские воды, ниже базиса волнения и иногда ниже уровня насыщения Ог. Застойные воды несколько ограничивают условия развития нормальной фауны. Отмечаются следы ползания червей. РП, по-видимому, является эвксинной разновидностью 9 типа стандартных микрофаций (табл. II).

Интерпретация пенсильванских циклотем Мидконтинента

Многочисленными авторами в Бюллетене Канзасской Геологической Службы (1969) и в выпуске Западно-Техасского Геологического Общества, посвященном циклической седиментации в пермском прогибе (1969, 1972), описаны позднепалеозойские шельфовые циклы и возможные причины их образования. Большая часть статей основана на многолетних исследованиях Р. С. Мура, Дж. М. Уэллера, X. Р. Уэнлеса, а также на недавних работах Д. С. Ван-Сиклена, Дж. Имбрая, Дж. В. Харбо, Л. Ф. Лапорта, И. Г. Перди, Д. Ф. Туми, А. Р. Троела, Л. Ф. Брауна и X. В. Вагнера. Рис. VII-6 заимствован из работы Уэнлеса [394], где рассматриваются фации в пределах идеального шельфового цикла, прослеживающегося через Иллинойс и Канзас. На рис. VII-7 показана сходная циклотема из центральной части Техаса [385]; здесь шельф располагается вблизи от источника обломочного материала и характеризуется резкими градиентами.

Большая часть упомянутых выше исследований проводилась в пределах почти непрерывного обнажения циклотем, протягивающегося от Айовы до Северного Техаса. Любые приемлемые объяснения удивительной повторяемости слоев в вертикальном разрезе должны учитывать общее фациальное изменение в западном направлении, причем большая часть переходов погребена на западе Канзаса и в центральной части Техаса. Только в последнее время появилась модель, объясняющая циклотемы, которая учитывает в равной степени и соотношения, скрытые под более молодыми образованиями. Особенно четко это сформулировано в статьях X. Р. Уэнлеса и Л. Ф. Брауна. На указанных выше рисунках предпринята попытка отобразить полностью фациальную структуру.

При современном изучении циклотем Мидконтинента и их интерпретации следует учитывать:

1. Толща маломощных дельтовых осадков, материал для которой поступал с востока, по условиям образования может быть подразделена на слои, накопившиеся в руслах, в протоках, на песчаных отмелях и береговых барах. Обычно нижняя кластическая часть мегациклотем Канзаса наиболее изменчива и с трудом поддается корреляции. В таких слоях известны осадки русел, врезанных более чем на 30 м. Установлены многочисленные источники сноса терригенного материала. В восточном направлении правильность разрезов уменьшается [394].

2.         Черные глины, подстилающие их тонкие (элемент 2) известняки и сменяющие их к востоку эквивалентные угленосные фации, отражают максимальную трансгрессию и значительное выравнивание в течение периода тектонической стабильности, когда не было привноса терригенного материала с востока. Эти слои часто являются ключевыми для прослеживания циклической последовательности вверх или вниз по палеосклону; их фациальные изменения более медленные, чем в других элементах. Они представляют собой наиболее надежный стратиграфический маркер. Осадки других частей циклов формируются во время направленных миграций условий образования в связи с наступлением и отступлением дельты. За каждым из этих типов пород стоят определенные фации, синхронные по направлению как к шельфу, так и к прогибу.

3.         Залегающие ниже по падению известняковые постройки (глубоко погребенные в Канзасе и на севере центральной части Техаса) представлены мелководными, но широко распространенными органогенными банками. В пределах канзасского шельфа и шельфа на востоке Северного Техаса циркуляция вод была сильно ограниченной; здесь существовали лагуны, на западе отшнурованные от открытого моря. Так часто объясняется образование тонкого покрова черных глин.

4.         Петрографические различия известняков, занимающих различное положение в мегациклах Канзаса, являются важным элементом их интерпретации, поскольку они зависят от условий образования осадка. Нижние слабоглинистые известняки содержат фауну морских моллюсков; известняки из середины цикла (элементы 2 и 3) свидетельствуют о чистых теплых водах с открытой циркуляцией; верхние известняки указывают на мелководные, местами замкнутые участки моря, для которых характерны оолиты, онкоиды или водоросли.

На Мидконтиненте Соединенных Штатов в течение 25-30 млн. лет, в позднепенсильванское - вульфкэмпское время отмечается 50-60 обширных трансгрессий и регрессий, охватывавших Североамериканский кратон. Основой всех многочисленных объяснений цикличности (гл. II), независимо от причин, являются колебания уровня моря в пределах шельфа Мидконтинента; вероятно, многократная повторяемость циклов связана как с эвстатическими изменениями уровня моря, так и с тектонической активностью. Все циклотемы в Канзасе (см. рис. VII-6) указывают на удивительный порядок в строении слагающих их комплексов и отражают простой и систематически действующий механизм. Однако пока еще недостаточно данных для разработки общей теоретической базы,  объясняющей  причины  образования  структур  мегоциклотем.

Циклотемы Мидконтинента можно сравнить с циклотемами того же возраста на севере Центрального Техаса, которые были описаны Ван-Сикленом [385], Галлоуэем и Брауном [124] (см. рис. VII-7). Там, где привнос терригенного материала играет решающую роль, цикличность может быть связана с чисто седиментологическими процессами; она накладывается на возможные эвстатические колебания или на другие процессы, возникающие в результате изменений за пределами впадин. Смещение дельтовых проток в пределах устойчиво погружающегося шельфа ограничивает накопление растительных остатков, концентрацию углей, глинистых сланцев и известняков; циклическая повторяемость возможно контролируется изменением скорости осадконакопления относительно уровня моря.

Галлоуэй и Браун [124] считают, что цикличность контролируется не столько эвстатическими изменениями уровня моря большой амплитуды, сколько несколькими местными внутрибассейновыми факторами, проявляющимися на фоне непрерывного погружения области Северного Техаса. Это подтверждается тем, что на шельфе:

1)           не наблюдаются древние почвенные зоны или широко проявленные несогласия;

2)     невыдержанностью слоев, включая и известняки, широко развитым перемывом терригенного материала и переслаиванием континентальных и морских осадков;

3)     каналы, как это можно было бы ожидать в случае значительных изменений морского уровня не прослеживаются глубже края шельфа, общее эрозионное расчленение шельфовой окраины отсутствует;

4)     латеральным смещением источников обломочного материала, восстанавливаемым  по типам  песчаников,  связанных с  протоками;

5)     окраина остается локализованной, несмотря на общую тенденцию к миграции фаций по направлению к прогибу; кластические клинья на склонах шельфовых окраин, обращенных к впадине, также локализованы и коррелируются с пятью дельтовыми языками в пределах вирджинских слоев.

Галлоуэй и Браун [124, с. 1212] о цикличности пишут так: «нет указаний одновременного проявления процессов осадконакопления или эрозии в пределах всего восточного шельфа... Хотя условия, присущие всему бассейну, и оказывали влияние в достаточно широкой области, осадочные структуры определяются локальной активностью дельтовых языков».

Подобное объяснение цикличности по существу дано и Муром '[249] для формации Йоридейл, строение которой подобно Пенсильванию Северного Техаса, за исключением базальных известняков, наиболее выдержанных по простиранию. В противоположность этому, в традиционном объяснении циклотем Мидконтинента большое значение придавалось обширным широтным регрессиям и трансгрессиям, связанным с колебанием уровня моря в прогибе, или тектоническим «наклонением» и «качанием» шельфа. В связи с этим многие шельфовые циклы Мидконтинента характеризуются интенсивным врезом русел и сложностью разреза, которые интерпретируются как начало трансгрессии.

На Мидконтиненте за основание цикла условно принимается наиболее резкая литологическая граница, обычно связываемая с подошвой русловых конгломератов. Это несогласие объясняется значительным и внезапным понижением уровня моря. Некоторые большие и широко распространенные русла на Мидконтиненте выполнены конгломератами •и врезаны на десятки метров. Слои, залегающие выше русловых отложений, представлены смесью кластического и карбонатного материала; их формирование связывается с последующей морской трансгрессией, определенно подавляющей привнос терригенного материала. Многие русла, однако, являются умеренно меандрирующими протоками, связанными с регрессией и выдвижением в море терригенного осадконакопле ния. Метьюс [233, фиг. 16.1    и 16.7] сравнил   приведенные выше   два объяснения.

Рис. VII-8. Стратиграфическая модель фаций, отражающая развитие осадочных циклов при седиментации на шельфе Сакраменто и на востоке прогиба Оро-Гранде, южная часть Нью-Мексико. Шельф имеет ширину всего несколько километров, а каждый цикл достигает мощности лишь в несколько десятков метров. Седиментация происходила на поверхностях А, В, С, которые отвечают положениям уровня моря А, В, С. Кластиты прогиба, карбонаты шельфа и прогиба отлагались по очереди. Из работ Уилсона [412 и 416, рис. 4]

/ - нормальные морские вакстоуны; 2 - красные глины (сланцы); 3 -накопление осадков между жирными линиями происходило в течение полного цикла трансгрессии и регрессии, поверхности А до В и С; 4 - конгломераты; 5 -оолитовые отложения; 6 - пакстоун; 7 - водорослевые известняки; 8 - стадии седиментации

Циклы северной части Центрального Техаса, также как и йоридейлские, начинаются с выдержанных по простиранию морских известняков, а на Мидконтиненте Соединенных Штатов в различных разрезах в основании циклов залегают известняки или терригенные кластиты.

Если нижняя часть мегациклотем Канзаса соответствует началу регрессивной фазы, то на Мидконтиненте, Йоридейле и на севере Центрального Техаса последовательность похожа. В любом случае триада (уголь - тонкий известняк - черный глинистый сланец), залегающая в основании мегациклотем Йоридейла и в средней части или в основании мегациклотем Канзаса, свидетельствует о стадии максимальной трансгрессии и наиболее стабильной фазе осадконакопления; эта триада является наилучшим стратиграфическим маркером в сложных разрезах.

Другие пенсильванские циклотемы встречены дальше к западу и югу области Скалистых гор. Они продолжаются и дальше на юго-запад, в пределы Кордильерской геосинклинали. Эти пенсильванские циклотемы были детально изучены в Нью-Мексико, в горах Сакраменто Л. В. Кляйном [286], Преем [287] и Уилсоном [412, 416]. Автором рассмотрены примеры циклов между отложениями впадины Оро-Гранде и узким карбонатным шельфом, окружающим поднятие Педернал с восточной стороны (рис. VII-8). Циклический характер этих слоев, которые прослеживаются в пределах всей области и окружают выступы фундамента Скалистых гор, приводит к почти автоматическому выводу о широком проявлении механизма эвстатических колебаний, с которым эта цикличность связана (даже эвапоритовый прогиб Парадокс содержит осадочные циклы). На основании изучения шельфа Педернал в горах Сакраменто и его палеотектонической истории установлено, что в качестве удовлетворительного объяснения цикличности может быть периодическое поднятие и последующее опускание по разломам тектонически нестабильного края блока Педернал. В последнем практически все осадочные циклы свидетельствуют о том, что привнос терригенного материала связан с поднятием уровня моря. В соответствии с традиционной интерпретацией мегациклотем Канзаса, циклы начинаются с трансгрессивных терригенных кластитов. Как только уровень моря достигает максимума, прекращается привнос терригенного материала, море очищается, начинается карбонатная аккреция, которая сопровождается поднятием шельфа и приводит к отступлению моря в пределы прогиба. Здесь опять периодический привнос кластического материала, связанный с колебаниями уровня моря, является главным контролирующим фактором смены осадков.

Таким образом, широко проявленная цикличность в позднепалеозойских слоях может быть обусловлена не только эвстатическими колебаниями уровня моря, но и местными тектоническими причинами, определяющими нестабильность шельфов и периодический привнос терригенного обломочного материала, который останавливает карбонатное осадконакопление и приводит к быстрым изменениям условий седиментации.

 

 

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.