Литология

Континентальные отложения

Отложения пустынь

Около 99% всех «активных» эоловых песков находятся в эргах (песчаных морях), имеющих площадь свыше 125 км².

Эоловое осадконакопление

Все линии переноса песка возникают внутри самой пустыни, образуя крупную круговую ячейку с движением по часовой стрелке. Песок переносится ветром и отлагается там, где изменяются скорость и/или направление ветров.

Современные пустынные фации

Миграция дюн и драа в песчаных пустынях обусловливает образование косослоистых серий. Драа могут надвигаться друг на друга; при этом образуются мощные косослоистые серии. Там, где уровень грунтовых вод пересекает междюнные понижения, испарение приводит к выпадению корок и желваков солей. В некоторых местах после сильных ливней в междюнных пространствах образуются временные озера.

Древние пустынные фации

Для диагностики эоловых отложений первостепенное значение имеют крупные косослоистые серии с углом наклона, отвечающим углу естественного откоса песка. Но подобные серии встречаются и в аллювиальных песчаных образованиях.

Одним из примеров древних эоловых отложений являются пермские песчаники южной части бассейна Северного моря, к которым приурочены крупные газовые месторождения. Косослоистые серии (мощностью до 5 м) разделяются горизонтальными или слегка наклонными поверхностями срезания. В разрезе песчаников эрга встречаются тонкие прослои, относящиеся к флювиальным фациям вадей и междюнные эвапориты. Красный цвет древних дюнных песков является следствием раннедиагенетического разложения железистых минералов.

Конусы выноса

Пролювиальные конусы выноса (фэны) – это конусообразные скопления осадков, образующиеся у подножия взвышенностей, где потоки, стиснутые узкими долинами, вырываются на прилегающую равнину.

Фэн-дельты – конусы выноса на берегу озера или моря, имеющие подводное продолжение. Проксимальная часть проювиального фэна и наземная часть фэн-дельты, в основном, одинаковы, но подводная часть фэн-дельты существенно отличается от наземной.

При выходе из узкой горной долины поток теряет транспортирующую способность и отлагает осадки. Конусы выноса сложены двумя основными типми осадков: русловыми осадками и осадками гравитационных (грязекаменных) потоков. Местами образуются т.н. «ситовые» отложения – скопления крупной гальки и валунов, лишенные тонкозернистого матрикса.

Периодически крупные обломочные потоки перекрывают ранее существовавшую систему расходящихся русел. Нижние окончания этих потоков образуют характерные лопасти, где часто образуются прирусловые валы из валунов и гальки. Позднее в отложения обломочных потоков врезаются новые русла, перемывая и перераспределяя их.

Прибрежные пролювиальные конусы продолжаются в озеро или море, образуя фэн-дельту. Как только поток, нагруженный осадком, достигает стоячих вод, он сбрасывает грубозернистый материал на побережье и в передовых слоях продельты. В озерах и защищеных морских заливах песчано-галечные осадки накапливаются в устьях русел и периодически сбрасываются на глубину подводными обломочными потоками, где они переслаиваются с илистыми осадками озера или моря. На побережьях с высокой гидродинамикой часть грубозернистого материала переносится от устьев вдоль берега и образует пляжевые галечники, а часть песка и гравия сносится штормами в глубину. Латеральные перемещения устьев меняют положения мест, где отлагается грубый материал. Это, в сочетании с продолжающимся погружением, создает ряд последовательностей с погрубением осадка кверху.

Сухие конусы выноса образуются в семиаридном климате. Главное значение в транспортировке обломочного материала имеют грязекаменные потоки. Увлажненные конусы выноса образуются в результате действия постоянного потока. Главный агент транспортировки и отложения осадков – водный поток.

Для образования конусов выноса наиболее благоприятны седиментационные бассейны, ограниченные разломами, где периодически происходят опускания, в первую очередь, континентальные рифты.

Аллювиальные отложения

Введение

Реки перемещают осадки из водосборных площадей в области осадконакопления в прибрежных зонах. Прибрежные низменности располагаются в областях земной коры, подверженных опусканию; поэтому аллювий может сохраняться в стратиграфическом разрезе.

Главные составные части аллювиальной обстановки – русла и поймы. Между ними располагается переходная зона прирусловых валов и проток, по которым идут паводковые воды.
Аллювиальные отложения приурочены к элементам речной долины (рис.).
В руслах переносится более грубый песчаный или галечный материал. На поймы в периоды паводков поступает тонкий материал алевритовой и глинистой размерностей.

Типы речных систем

В современных речных обстановках система русел и их извилистость являются наиболее яркими, диагностическими признаками. По этим признакам различают речные системы:

• а) конусы выноса и фэн-дельты;
• б) сплетенные;
• в) меандрирующие;
• г) разветвленные.

Конусы выноса и фэн-дельты были рассмотрены выше.

У меандрирующего русла происходит эрозия на наружной и к аккумуляции на внутренней части меандры. На внутренней стороне меандр происходит боковое отложение осадков вследствие действия системы циркуляционных течений.
После перемещения меандр остаются следы в виде стариц, заболоченных понижений и валов.

Динамика сплетенных русел сложнее, чем меандрирующих. Во время паводка в русле образуются бары, мигрирующие вниз по течению. На стадии спада происходит частичный размыв донных форм, взаимное их наложение, боковое прислонение и слияние.

Разветвленные реки образуют взаимосвязанную сеть прямых и извилистых русел, которые относительно узки и глубоки. Поскольку их берега сложены тонкозернистыми отложениями, обычно покрытыми растительностью, русла и острова удивительно стабильны. Русла заполнены песком и гравием. Поскольку вертикальное осаждение происходит сравнительно быстро, могут образовываться довольно мощные и узкие ленты руслового песка, ограниченные песчанистыи илами прирусловых валов. Межрусловые участки топографически ниже прирусловых валов и заполняются отложениями прорывных конусов, болот и озер. На широкй речной равнине или в заболоченных низинах между руслами накапливаются слоистые алевритистые глины и глинистые алевриты. Кроме того, могут образовываться торф и болотные осадки, богатые органическим веществом и сульфидом железа.

Древние аллювиальные отложения

Признаки принадлежности отложений к аллювию:

• отсутствие морской фауны;
• наличие красноцветов и русловых форм;
• однонаправленность палеотечений, особенно в относительно крупнозернистых пластах;
• признаки осушения (палеопочвы, трещины усыхания), в особенности в мелкозернистых отложениях.

Однако ни одна из этих особенностей сама по себе не служит диагностическим признаком, так как все они могут встречаться в других обстановках. Для упрощения выделяют два типа аллювиальных толщ:
галечный аллювий характеризуется преобладанием конгломератов и песчаников с небольшим количеством мелкозернистых осадков;
песчаный аллювий характеризуется преобладанием песчаников и более мелкозернистых осадков с относительно малым количеством конгломератов.

Галечный аллювий

Основная часть древних крупнозернистых аллювиальных толщ сложена конгломератами, но не бывает так, чтобы песчаники и алевролиты в них полностью отсутствовали.

В простейшем случае выделяются нестратифицированные параконгломераты с базальным цементом и стратифицированные ортоконгломераты, в которых каркас из относительно крупных обломков заполнен мелкозернистым матриксом.

Параконгломераты с цементом базального типа обычно интерпретируются как отложения гравитационных потоков высокой вязкости.

Ортоконгломераты с цементом соприкосновения являются результатом отложения твердого донного стока.

Песчаный аллювий

В большинстве песчаных комплексов речных отложений можно выделить две основные фациальные ассоциации:

1. «крупнозернистые», интерпретируемые как русловые отложения, образованные путем латерального нарастания;
2. «мелкозернистые», интерпретируемые как межрусловые или пойменные отложения, в образовании которых преобладали процессы вертикального напластования.

Отложения тонкозернистых осадков в целом можно подразделить на три первично-осадочные фации.

1. Алевролиты и аргиллиты – наиболее распространенная фация. По окраске их можно разделить на красноцветы и сероцветы.
2. В алевролитах и аргиллитах обычно встречаются прослои песчаников с резкими контактами. Мощность их до нескольких десятков сантиметров, в исключительных случаях до 1 м.
3. Палеопочвы и связанные с ними отложения. Их признаки: а) почвенные конкреции, обычно сложенные кальцитом, сидеритом и кварцем; б) пятнистость и образование глинистых рубашек; в) Корневая система растений и угли.

Грубозернистые пачки (русловые). Среди этих отложений можно выделить пять главных фаций.

1. Конгломераты встречаются в виде маломощных пластов толщиной всего в несколько галек. В них часто встречаются глинистые чешуи, кальцитовые или сидеритовые конкреции, крупные древесные обломки или целые стволы.
2. Косослоистые песчаники являются самой распространенной фацией .
3. Песчаники с мелкой косой слоистостью (менее 1 см) обычно состоят из более тонкозернистых песков с большим содержанием слюд и карбонатов.
4. Параллельно-тонкослоистые песчаники обычно занимают небольшой объем.
5. Песчаники с косой слоистостью латерального нарастания (типа «эпсилон») встречается довольно часто. Мощность их достигает 5 м. Они прослеживаются по латерали на десятки и даже сотни метров.

Насыщенность разреза русловыми песчаными осадками зависит от:
а) частоты миграций и перемен русла;
б) скорости аккумуляции пойменных осадков, которая уравновешивает тектонические опускания;
в) отношения ширины пояса русловых блужданий к ширине поймы.

Озерные отложения

Основные типы озер: глубокие пресноводные и глубокие соленые озера, мелкие пресноводные и мелкие соленые. На динамику озерных вод оказывают воздействие следующие факторы:
а) климат;
б) глубина озера;
в) состав и количество обломочного и растворенного вещества, поступающего из водосборного бассейна.

Движение вод в озерах полностью определяется ветровым волнением и течениями и дополнительно сезонным плотностным перемешиванием (конвекцией). Даже самые большие озера слишком малы для развития в них приливных колебаний. Ветровые волны способны полностью перемешивать приповерхностные слои воды, а в мелководных озерах порождать прибрежные волновые течения.

Ветры постоянного направления вызывают перекос поверхности воды. Уклон поверхности колеблется от 10^–7 (или 1 см на 100 км) до 10^–6 (10 см на 100 км). Резкое усиление или затухание ветра приводит к колебаниям уровня воды, известным под названием сейши. Сейши способствуют перемешиванию поверхностных вод, а также смещают положение линии прибоя. В озерах вытянутой формы наблюдаются вихревые течения умеренной скорости (до 30 см·с^–1). Такие течения вызваны действием ветра, локализованы в узкой прибрежной полосе и способны перемещать по дну мелкопесчаный и илистый материал.

Основные особенности озерной воды

Механическая и химическая динамика озер в большой мере определяется различиями в плотности воды.
Вода имеет максимальную плотность при температуре 4°С.
Плотность также растет с увеличением концентрации растворенных солей, но это имеет важное значение только в озерах с высокой соленостью. В ледниковых озерах основным фактором контроля плотности воды может быть содержание взвешенного осадка. В расслоенных озерах верхний прогретый, насыщенный кислородом и подвижный слой воды назвается эпилимнионом. Под ним залегает нижний холодный и относительно неподвижный водный массив – гиполимнион. Переходная между этими слоями зона – металимнион. Уровень, на котором происходит быстрая смена температуры воды – термоклин.

Степень плотностной расслоенности и сопротивления перемешиванию очень сильно зависит от размеров и формы озера. Сезонные изменения температуры воздуха и ветровое волнение нарушают расслоенность верхних слоев воды. Озера, в которых во время зимнего охлаждения происходит полная циркуляция воды до самого дна, называются гомомиктовыми.
Озера, в которых происходит лишь частичная циркуляция с сохранением застойного придонного слоя, называются меромиктовыми.

Осадки гидрологически открытых озер

В гидрологически открытых (проточных) озерах может происходить как обломочное, так и биохемогенное осадконакопление.

Обломочное осадконакопление

Основное влияние на привнос осадка оказывает характер и размер окружающего водосборного бассейна. Поступление осадков часто зависит также от времени года.

Зоны прибрежного мелководья. Терригенные осадки озерных окраин, как правило, концентрируются вблизи устьев рек, образуя дельту гилбертова типа. В результате волновой деятельности могут формироваться пляжи, намывные косы и бары.

Кластическое осадконакопление в зонах, удаленных от берега, представлено тремя процессами:

• турбидитными потоками,
• пелагической седиментацией,
• гравитационными потоками.

Скорости осадконакопления здесь, как правило, низкие, менее 0,5 мм в год. Рассеяние и отложение тонкозернистого взвешенного материала определяются характером циркуляции воды в озере. Тонкозернистый осадок, поступающий в озеро, включается в кругооборот против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном.

Химическое и биохимическое осадконакопление

Химическое осадконакопление в открытых озерах ограничено контурами озера и не происходит в обрамляющих его илистых отмелях и на участках весенних разливов. Выпадение в осадок карбоната кальция имеет важное значение для большинства пресноводных озер, в которых химическое осадконакопление не подавлено полностью привносом обломочного материала. Карбонатные осадки образуются в результате проявления четырех процессов:

• 1) выпадения в осадок первично неорганического вещества;
• 2) продуцирования известковых раковин, элементов скелетов организмов или поверхностной инкрустации;
• 3) сноса кластических карбонатных частиц с площади водосборного бассейна;
• 4) раннедиагенетического выпадения в осадок.

Первичный неорганический осадок. Основной контроль первичного осаждения карбонатов осуществляется системой СО₂. Вынос СО₂ наиболее интенсивно происходит при фотосинтезе. Это приводит к повышению рН и способствует выпадению в осадок кальцита. Осаждение карбонатов также может быть вызвано нагревом воды. При фотосинтезе фитопланктона на всей площади озера образуются покровы карбоната. Оолиты в современных пресноводных озерах редки, но все же встречаются. От морских оолитов они отличаются крайне неправильной формой. От оолитов из соленых озер – тем, что кальцит в них не имеет определенной ориентировки, а образует мозаичную структуру.

Биогенный карбонат. В относительно глубоких частях прибрежной зоны распространены известковые раковины гастропод, двустворок и остракод, а на мелководье – водорослевые карбонаты. В мергелистых озерах с жесткой водой плоские береговые платформы бывают покрыты водорослевыми пизолитами и окаймлены болотами, где накапливаются торфяники. В направлении озера эти платформы переходят в подводный береговой склон, где развиваются колонии харовых водорослей. Склоновая фация глубже 10 м сменяется гастроподовыми и остракодовыми микритами. Цианобактерии («сине-зеленые водоросли») образуют «рубашки» на зернах, в том числе на скелетных обломках, которые со временем превращаются в онколиты. Морфология озерных онколитов в значительной степени обусловливается формой ядра и частотой их передвижения. Мелкие онколиты перемещаются при волнении и имеют сферическую форму. Более крупные менее подвижны и принимают дискообразную форму.

Отложения гидрологически закрытых озер

Гидрологически закрытые (замкнутые, непроточные) озера характризуются сильно изменчивыми объёмом воды и площадью водного зеркала, которые зависят от климата. Некоторые могут полностью пересыхать в засушливый сезон.

Обломочное осадконакопление

Колебания уровня воды в замкнутых озерах вызывают переотложение осадков в прибрежной зоне. Пролювиальные конуса в бессточных водосборных бассейнах окаймляются песчаными отмелями. Их омывают свободно текущие поверхностные плоскостные потоки, из которых отлагаются горизонально-слоистые или волнисто-слоистые пески. При испарении грунтовых водв пределах песчаных отмелей в результате подкачки происходит выпадение в осадок гипса и высокомагнезиального кальцита. Наносы береговой линии (дельты, пляжи, пляжные гряды, намывные мысы и бары) в соленых озерах наблюдаются довольно редко. Их отсутствие обусловлено низкой волновой энергией. Соленые озера, в особенности явно пересыхающие, бывают окаймлены илистыми отмелями (плоскотинами), носящими название плайя. Поверхность плоскотин по краям покрыта трещинами усыхания и тонкими корками микритового карбоната, а в центральных частях плайи – более мощными пористыми корками растворимых минералов, таких как галит.

Химическое и биохимическое осадконакопление

Первичный состав поступающей в озеро воды зависит от состава источников сноса и имеет большое значение для дальнейшей эволюции рассола. Повышение концентрации в результате испарения приводит к выпадению в осадок кальцита, арагонита или магнезиального кальцита. Дальшейший рост концентрации ведет к пересыщению раствора в отношении гипса. Пересыщение раствора в отношении более растворимых минералов достигается лишь после того, как их концентрация превысит исходную приблизительно в 1000 раз. Выпадение в осадок происходит либо из воды самого озера, либо из рассола, адсорбированного донными отложениями. Обычными продуктами этого процесса являются мирабилит (Na₂SO₄ · 10 H₂O), галит (NaCl) и трона Na₃(CO₃)(HCO₃) · 2H₂O.

Карбонаты. Образование карбонатов в закрытых относительно пресноводных непересыхающих озерах происходит так же, как в открытых озерах. Однако здесь извлечение Са²⁺ из озерной воды ведет к росту отношения Mg:Са и к выпадению в осадок вначале низкомагнезиального кальцита, затем арагонита и высокомагнезиального кальцита. При этом образуются карбонатные ламиниты, состоящие из карбонатов Mg и Са, обломочных кварца и силикатов и слоев органики. В мелководных прибрежных частях озер, промываемых волнами или течениями, встречаются оолитовые пески.

Железистые оолиты. Теплое и хорошо аэрированное мелководье обеспечивает условия, необходимые для формирования железистых оолитов. Железо в них заимствуется в коллоидной или адсорбированной форме из твердого стока рек или выпадает из самой озерной воды.

Минералы-эвапориты. Минералы-эвапориты выпадают в осадок в трех основных обстановках:

• 1) в непересыхающих рапных водоемах,
• 2) в выцветах и солтпэнах,
• 3) как цементрирующий материал отложений плайи.

Первым после карбонатов должен образовываться гипс, однако он выпадает в осадок только в том случае, если Ca не был ранее израсходован при образовании карбонатов. Гипсовые ламиниты широко распространены в непересыхающих соленых озерах. С поверхности воды происходит постоянное испарение, и рассолы, пересыщенные в отношении галита, опускаются на дно. При сильной засухе весь столб воды может стать пересыщенным в отношении галита, и тогда может отложиться мощный пласт соли. Заключительное выпадение в осадок хлоридов и сульфатов калия и магния происходит в солтпэнах, в которых испарение продолжается почти до полного их усыхания. Выцветы, покрывающие поверхность плайи, во время дождей вновь растворяются, и растворы переносятся к центру водоема (в солевую яму — солтпэн), где испарение приводит к повторному их выпадению в осадок. Таким путем могут накапливаться мощные отложения эвапоритов, в которых наблюдается грубая концентрическая зональность. Наиболее растворимые минералы располагаются в центре. В толще осадков образуются многочисленные аутигенные минералы.

Отложения древних озер можно разделить на два типа:

• 1) отложения, образованные в пресноводных озерах гидрологически открытых впадин,
• 2) отложения, образованные в соленых озерах закрытых впадин.

Однако многие древние озерные толщи отражают переходы закрытого бассейна в открытый и наоборот.

Ледниковые отложения

Ледниковые эохи неоднократно повторялись в истории Земли

Основные типы оледенения представлены долинными и предгорными ледниками, а также покровными и шельфовыми ледниками. Главное условие образования ледников – снег, выпадающий зимой, не успевает растаять летом. Такое условие соблюдается в полярных областях и в горных районах умеренного и субтропического поясов. В горах снег накапливается выше снеговой линии.

Ледниковые отложения представлены преимущественно разнообразными моренными фациями, а также фациями обширных зандровых равнин. Ледниковые отложения подвержены интенсивному воздействию процесов внешне динамики, поэтому сохранность их мала. Лучшей сохранностью обладают, очевидно, отложения шельфовых ледников, окруженных широким поясом айсбергов.

При таянии ледников и стоке талых вод порождается большое разнообразие осадочных фаций.
Эти фации делятся на три группы:

• а) фации, образованные при течении льда и вытаивании из него обломочных частиц;
• б) фации, сформированные действием водотоков в зоне контакта со льдом;
• в) фации, образованные водными потоками на некотором удалении от контакта со льдом.

Достигающие моря покровные ледники порождают шельфовые ледники. От кромки шельфовых ледников отделяются айсберги.
В море около шельфового ледника наблюдается уменьшение размера обломков от несортированной морены до слоистых морских илов с вкраплениями обломков из тающих айсбергов.

Среди водноледниковых фаций, встречающихся на некотором расстоянии от края ледника, явно преобладают конусы выноса ледниковых потоков – зандры. Бурные сезонные потоки талых вод откладывают здесь крупнозернистый материал. Вниз по склону конуса проявляется тенденция к уменьшению крупности зерен материала и одновременно к возрастанию роли русловых форм.

Древние ледниковые отложения

Горную породу, образовавшуюся из древней морены, принято называть тиллитом. Для идентификации древних ледниковых отложений необходимо использовать все имеющиеся данные о наступании и отступании ледников, их таянии и общем похолодании климата. При отыскании критериев для распознавания древних морен не следует забывать о большом разнообразии типов морен в современных ледниковых отложениях.

Выводы

1. Основные песчаные пустыни мира включают ряд отдельных эргов.
2. В каждой пустыне перенос песка в эргах и между ними осуществляется в соответствии с преобладающим направлением ветров.
3. Миграция дюн и драа отражается в песчаных отложениях крупномасштабной косой слоистостью.
4. Кроме дюн и драа, присутствуют междюнные эфемерные водоемы, а на краях эргов – эфемерные водотоки (вади).
5. Отложения ископаемых эргов – песчаники с крупномасштабной косой слоистостью, перемежающиеся местами с водными отложениями и маломощными эвапоритами.
6. Отложения ископаемых эргов – прекрасные коллекторы нефти и газа.
7. Пролювиальные конусы выноса (фэны) – это конусообразные скопления осадков, образующиеся у подножия взвышенностей, где потоки, стиснутые узкими долинами, вырываются на прилегающую равнину.
8. Фэн-дельты - конусы выноса на берегу озера или моря, имеющие подводное продолжение.
9. Для образования конусов выноса наиболее благоприятны седиментационные бассейны, ограниченные разломами, где периодически происходят опускания
10. Главные составные части аллювиальной обстановки – русла и поймы. В руслах переносится более грубый песчаный или галечный материал. На поймы в периоды паводков поступает тонкий материал алевритовой и глинистой размерностей.
11. Выделяют два типа древих аллювиальных толщ: галечный аллювий характеризуется преобладанием конгломератов и песчаников с небольшим количеством мелкозернистых осадков; песчаный аллювий характеризуется преобладанием песчаников и более мелкозернистых осадков с относительно малым количеством конгломератов.
12. Озёра чрезвычайно разнообразны. Основные типы озёр: глубокие пресноводные и глубокие солёные, мелкие пресноводные и мелкие солёные.
13. Отложения древних озер можно разделить на два типа: а) отложения, образованные в пресноводных озерах гидрологически открытых впадин, б) отложения, образованные в соленых озерах закрытых впадин. Однако многие древние озерные толщи отражают переходы закрытого бассейна в открытый и наоборот.
14. Устойчивость к действию эрозионных факторов у ледниковых отложений невелика, за исключением случаев, когда они сформированы в областях общего тектонического погружения.
15. Образование ледниковых отложений связано с такими процессами, как течение льда, его таяние и движение талых вод.
16. Наиболее характерным продуктом оледенения является морена. Горную породу, образовавшуюся из древней морены, принято называть тиллитом.
17. Процесс таяния приводит к образованию флювиогляциальных отложений в форме гигантских зандров и отложений предледниковых озер.

Вопросы для самопроверки

1. Каков основной признак эоловых отложений?
2. Какие типы осадков характерны для пролювиальных конусов выноса?
3. Какие типы речных систем выделяются?
4. Каковы признаки принадлежности отложений к аллювию?
5. От чего зависит насыщенность разреза аллювиальных отложений русловыми песчаными осадками?
6. Что такое «сейши» и как они образуются?
7. В чем причины расслоенности озерной воды по плотности?
8. Каковы химические и биохимические осадки пресноводных озёр?
9. Что такое «солтпэны»?
10. Каковы основные типы оледенения?
11. Что такое «зандры»?