ЛЕКЦИЯ №3. Методы восстановления условий накопления осадков (фациальный анализ)

•      Биофациальный анализ
•      Литолого-фациальный анализ
•      Морские фации
•     Континентальные фации
•      Переходная группа фаций
•      Диагностические признаки ископаемых фаций

В прошлых лекциях мы рассмотрели, какими методами устанавливают возраст пород, чтобы составить затем представление о последовательности формирования стратиграфических горизонтов или толщ. В свою очередь, толщи осадочных пород могут формироваться на значительной площади, при этом можно видеть, как в пределах одновозрастных толщ или даже горизонтов происходит изменение различных параметров - это изменение состава пород, как по простиранию толщи, так и от её подошвы к кровле, могут колебаться значения мощности толщи в разрезе.

Впервые такому явлению дал объяснение швейцарский ученый А. Грессли. Он ввел понятие ФАЦИЯ (с франц.- вид, лицо, облик), который означает Участок любого слоя одновозрастных пород, отличающийся от соседних по петрографическому составу и ископаемым остаткам.

Термин фация получил широкое распространение. Разные исследователи вкладывали в него свое представление и содержание. Среди них отметим два крайних взгляда на определение фации. В первом случае фация- это часть слоя со своими литологическими и палеонтологическими особенностями, которые называют фациальными признаками. Во втором случае фация- это физико-географические условия, которые определяют неорганические и органические процессы на данном участке в данное время, т.е. фация- это единица ландшафта. Наиболее оптимальным представляется следующий подход к определению - Фация это физико-географические условия или обстановки, отраженные в осадке.

Фации геологического прошлого определяют по горным породам и ископаемым окаменелостям, содержащихся в них. Отсюда, метод восстановления палеогеографических обстановок называется фациальным анализом. В основе этого метода лежит принцип актуализма. Суть его по представлениям одного из его основоположников Ч. Лайеля заключается в том, что современные явления есть ключ к познанию таких же процессов в прошлые эпохи. Например, наблюдая деятельность современных вулканов, геологи могут восстановить картину древнего вулканизма. Но такой подход может привести и к ошибкам, если его применять механически, без учета эволюционных изменений происходивших в ходе длительного развития земной коры и её поверхности. Каждая историческая эпоха, наряду с общими, имеет свои особенности развития. Например, современный состав атмосферы отличается от того, какой был на ранних этапах. В процессе эволюции органического мира многие современные виды значительно изменились по сравнению с предками. И сравнение их образа жизни сейчас и в прошлом может привести к ошибкам, если не учитывать особенностей этого прошлого. Учитывая все это, принцип актуализма дополнен сравнительно-историческим методом, который рассматривает изменения во времени характера и результатов самих процессов, происходивших на Земле.

Поскольку основой для фациального анализа является изучение горных пород и ископаемых организмов, его подразделяют на биофациальный и литолого-фациальный.

Биофациальный анализ - основой для его проведения служат ископаемые организмы и следы их жизнедеятельности. Ранее мы отмечали, что основными условиями обитания организмов в море являются: 1-соленость, 2-температура, 3-свет, 4-газовый режим, 5-глубина, 6-движение воды или гидродинамика, 7-состав грунта. Каждый из этих факторов отражается: в морфологии организма (т.е. размерах раковины, её скульптуре, толщине и т.п.), в многообразии видов, влияет на расселение организмов по площади водоёма.

Поэтому в биофациальном анализе мы по облику ископаемых остатков можем с определенной степенью достоверности определить многие из перечисленных условий обитания, а значит и палеогеографические условия на определенный период времени.

Биофациальный анализ начинают с определения характера захоронения ископаемых остатков. Они бывают двух типов:

1. Ископаемый биоценоз - захоронение на месте обитания самих организмов.
2. Танатоценоз - место захоронения удалено от места обитания.

Тип захоронения определяется по сохранности органических остатков, их ориентировке, сортировке и видовому комплексу. Признаками танатоценоза при переносе являются: разрушение скелетных элементов, сортировка особей по размеру и весу, ориентировка скелетных элементов- по течению и т.п. При танатоценозе в одном месте могут находиться виды, обитающие в разных фациальных условиях (так вместе с остатками бентоса могут находиться наземные растения или нектонные).

Наиболее важен для биофациального анализа - ископаемый биоценоз, по которому восстанавливают условия обитания. Тогда как  по танатоценозу - обстановку захоронения.

Как в палеонтологии, руководящие ископаемые - это организмы, жившие в узком временном интервале, так в биофациальном анализе важная роль принадлежит организмам - индикаторам среды обитания или древних климатов. К таким организмам относятся те, существование которых обусловлено каким-то определенным требованием (например, только нормальной соленостью воды, температурным интервалом и т.д.).

Литолого-фациальный анализ опирается на определение фаций по вещественному составу и по структурным и текстурным признакам пород.

Вещественный состав осадочных пород дает информацию о составе источника обломочного материала (определяется по составу обломков в породе), о среде формирования (биогенные или хемогенные осадки), климатических условиях (угленакопление или коры выветривания) и т.д.

Структура осадочных пород наиболее разнообразна и информативна у обломочных пород. Информацию об условиях образования таких пород содержат как обломки, так и цементирующий материал. Обломки различаются по: размеру, составу, сортировке, форме, степени окатанности.

Размер обломков позволяет судить о степени удаленности обломочного материала от источника. (Крупные - ближе к источнику сноса, мелкие более удалены).

Состав обломочного материала позволяет судить как о составе исходного источника разрушения, так и о длительности процесса переноса. Если в обломках сохранились неустойчивые к разрушению минералы - это говорит о близком источнике сноса и о коротком промежутке времени переноса. И наоборот, наличие в обломках только устойчивых минералов свидетельствует о длительном переносе. Минеральный состав может также указывать на среду и климат при осадконакоплении. Существуют минералы-индикаторы среды и климата. Так индикаторами морской среды и определенных интервалов глубин являются минералы - глауконит, Fe-Mn конкреции, фосфорит и т.д. Индикаторами климатов являются соль и гипс, торф и уголь, гидроокислы Fe и Al и т.д.

Сортировка обломочного материала отражает соотношение обломков по размеру. (У хорошо отсортированных пород размеры обломков близки). Сортировка является индикатором длительности переноса. Отсутствие сортировки, т.е. присутствие обломков разного размера - признак быстрых перемещений на небольшие расстояния. Это характерно для образования морен, осыпей, глубоководных брекчий.

Форма обломков зависит от состава исходной породы и формы переноса обломков. Например, морская галька от речной отличается уплощенной формой, а ледниковая угловато-окатанная (форма утюга).

Степень окатанности - зависит от: а-состава пород, б-от скорости и длительности переноса обломков и др. По расположению обломков и их ориентировке в породе можно судить о направлении движения обломочного материала. Так устанавливают направления русел древних рек, береговую линию моря.

Цементирующая обломки масса несет информацию о среде отложения обломков. Небольшой её объем в породе указывает на подвижную среду, а его возрастание - на спокойную обстановку водных бассейнов.

Среди текстур различают слоистые и поверхностей напластования.

По текстурам все осадочные породы подразделяются на массивные (не слоистые) и слоистые.

Отсутствие слоистости отражает стабильный режим осадконакопления (как по тектонической обстановке, так и по вещественному составу осаждаемого материала), тогда как слоистость указывает на изменяющиеся условия.

Выделяют 2 основных типа слоистости: параллельную и косую.

Параллельная слоистость образуется при чередовании отдельных слойков, у которых поверхности напластования параллельны друг другу. Такая слоистость образуется при выпадении осадка в спокойной водной среде. Она подразделяется на линейную и прерывистую, равномерную и неравномерную, ритмичную.                                                

Косая слоистость образуется слойками внутри пласта, расположенными косо к границам кровли и подошвы пласта.

Такая слоистость образуется при движении  воды или ветра в процессе формирования осадка.  Такие условия наблюдаются в руслах рек, зонах подводного течения, в прибрежных частях водных бассейнов и в наземных условиях.

Текстуры поверхностей напластования подразделяются по происхождению на органические (биоглифы) и неорганические (механоглифы).

К биоглифам относят следы жизнедеятельности организмов (ходы илоедов, зарывающихся, ползающих; отпечатки следов четвероногих и т.д.).

К механоглифам относят:

1.Знаки ряби - водной или ветровой.

2.Многоугольники (трещины)высыхания - образуются в наземных условиях при сухом жарком климате.

Рассмотрев все эти признаки, переходят к определению фаций в исследуемом разрезе или области.

Все многообразие фаций объединяется в 3 крупные группы:

континентальные, морские и переходные (иначе их еще называют фации бассейнов с ненормальной соленостью).

Наиболее многообразны морские фации. Они зависят от глубины бассейна и разделяются на: 1-прибрежные, 2-шельфа, 3-материкового склона или батиальная,4-абиссальной области (ложа мирового океана) Рассмотрим основные черты этих фаций.         

1. ПРИБРЕЖНАЯ - или зона приливов и отливов, её глубина до 30 м. Для этой зоны характерны: непостоянный гидродинамический режим, много света, тепла, кислорода, сложный рельеф дна, обильная фауна и флора.

Состав пород - конгломераты, гравелиты, песчаники, ракушечники, угли параллические (при гумидном климате).

Слоистость- пологоволнистая, перекрестная.

Органические остатки- толстостенные раковины и их обломки.

Особые признаки- знаки ряби, ходы илоедов, трещины усыхания.

2. ФАЦИИ ШЕЛЬФА - или мелководная; глубина 70-200 м, резкое различие в гидродинамическом режиме: до 100 м условия аналогичные прибрежной зоне, ниже 100 м -волнения не доходят до дна, нет растительности, условия осадконакопления спокойные.

Состав пород- обломочные (песчаник, алевролит, аргиллит), органогенные (коралловые рифы), кремнистые отложения, вулканогенно-осадочные- лавы, туфы и туфопесчаники. Здесь же образуются фосфоритовые и Fe-Mn  конкреции и глауконит.

Слоистость - горизонтальная.

Органические остатки- разнообразные и обильные.

3. ФАЦИИ КОНТИНЕНТАЛЬНОГО СКЛОНА - батиальной зоны. По глубинам она подразделяется на: умеренно глубоководную (до 500-700 м) и глубоководную (до 3000 м).

В первой подзоне среди обломочных осадков преобладают глинистые и реже встречаются алевролиты и песчаники. Вместе с ними здесь формируются кремнистые и карбонатные породы, пластовые фосфориты.

Слоистость - тонкая, горизонтальная.

Во второй подзоне- осадочный материал выносится по желобам и подводным каньонам континентального склона.

Состав осадков- глинистые, кремнистые, известковые илы.

Слоистость отсутствует.

Органические остатки - редкие радиолярии и фораминиферы. В ископаемом состоянии - это очень редкая фация.

4. ФАЦИИ АБИССАЛЬНЫХ ГЛУБИН > 3000 м. Здесь высокое давление, низкая температура, мрак, которые влияют на газовый режим и химический состав воды. Так здесь, на глубине 4500-5000 м проходит граница образования известняков. Рельеф зоны сложный. Преобладают тонкозернистые осадки- современные красные глины и кремнистые илы. Крупнообломочный материал образуется редко за счет обвалов склонов и мутьевых потоков. Осадки часто обогащены сульфидами. Здесь же располагаются области излияния базальтовых лав.

КОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ ФАЦИИ наиболее полно сохраняются в областях аккумуляции т.к. большая часть континентов представляет поверхности размыва или выветривания. Выделяют фации:1-водных потоков, 2-озер и болот, 3-ледников и 4- пустынь.

1. Отложения водных потоков - терригенные осадки с косой слоистостью, значительной изменчивостью, редкими остатками растений и животных. Это отложения временных водных потоков, речных русел и паводковых площадей.

2.Озерные отложения- характерна горизонтальная, тонкая слоистость, преобладают пески и алевролиты. Хемогенные осадки представлены известняками, бокситами и др. Фауна - пресноводные гастроподы и пелециподы, богатая прибрежная растительность.

3.Болотные фации образуются на влажных равнинах с плохим дренажем и при зарастании озер. Типичное образование - торф с прослоями глины. Известны образования озерно-болотных железных руд.

4.Фации ледников- это отложения морены и отложения за пределами ледника и морены. Они отличаются по слоистости (у моренных её нет), сортированностью обломков, присутствием ленточных глин во 2-м типе отложений.

5.Фации пустынь:

• каменистых и скалистых пустынь- редко сохраняются т.к. подвержены эрозии;
• глинистых пустынь- небольшие участки мелких, быстро высыхающих водоемов. Это такыры, солончаки и соляные блюдца.
• песчаных пустынь- аккумуляция перенесенных ветром песков и глинистых частиц. Характерна ветровая косая слоистость, хорошая окатанность обломков, знаки ветровой ряби. Органические остатки очень редки (наземные животные).

ПЕРЕХОДНАЯ ГРУППА ФАЦИЙ объединяет: фации лагун, дельт и эстуариев, прибрежных озер. Наиболее сложным является комплекс, слагающий фации речных дельт- здесь происходит совмещение речных и прибрежно-морских фациальных обстановок.

Фации лагун и заливов формируются в условиях малых глубин, различных климатических зон и наличии впадающих рек. Осадки- мелкозернистые, имеют горизонтальную слоистость. Гравий и галечник встречаются редко. В осолоненных бассейнах широко развиты соли, гипс, ангидрит (в условиях жаркого сухого климата), Fe-Mn и бокситовые - при влажном умеренном климате. В застойных участках могут формироваться САПРОПЕЛИТЫ. В прошлые геологические эпохи области лагун занимали большие площади и являлись участками формирования полезных ископаемых. В кратком виде все эти признаки суммированы в таблице.

Кроме этих признаков, указывающих на среду формирования фаций, породы и органические остатки обладают признаками, указывающими, в каких климатических условиях они формировались. Среди пород - это чаще всего будут продукты гипергенеза (элювиальные глины, коры выветривания с Fe-Mn рудами и т.п.), образующиеся в условиях влажного теплого климата. Мы знаем, что накопление толщи солей, гипса и ангидрита происходит в мелководных лагунах при аридном климате, а угленакопление- в условиях влажного тропического климата. Образование мощных толщ известняков с обильной и разнообразной фауной характерно для зон тропических морей, тогда как в холодных морях формируются чаще кремнистые породы за счет панцирей диатомовых водорослей.

Климат влияет и на развитие органического мира. И растения, и животные обладают крупными, хорошо развитыми формами в зонах с тропическим климатом, а в сухом аридном или холодном нивальном климатах развиваются слабые угнетенные формы (небольшие размеры, тонкая гладкая раковина и др. признаки). Все это многообразие пород и организмов, отражающее древние климатические условия, в которых они формировались, называются породы-индикаторы и организмы-индикаторы древних климатов.

По результатам фациального анализа составляют фациальные разрезы и планы. После этого составляют палеогеографические карты, на которых отражаются физико-географические условия в определенный геологический период. Детальность и достоверность таких карт зависит от масштаба карты и размера территории исследований.

Теоретическое значение изучения палеогеографии в том, что позволяет устанавливать причины тех или иных геологических процессов на Земле на разных этапах её развития. На практике палеогеографические карты используют в целях прогноза полезных ископаемых.

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ ИСКОПАЕМЫХ ФАЦИЙ

КОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ  ФАЦИИ

ПЕРЕХОДНЫЕ ФАЦИИ