Литология

Мелководно-морские терригенные отложения

Введение

Мелководные моря характеризуются нормальной морской соленостью, небольшой глубиной (10—200 м) и делятся на два основных типа:

• 1) краевые, или периконтинентальные, моря, (современные шельфы континентов);
• 2) эпейрические, или эпиконтинентальные моря, – мелководные, частично замкнутые бассейны в континентальных районах.

Современные континентальные шельфы занимают около 5,3% земной поверхности. Они образуют узкое кольцо вокруг континентов и характеризуются небольшим уклоном дна (0,1°), которое резко обрывается на краю континентального склона. Большинство древних мелководных эпиконтинентальных морей были более широкими и более мелководными.
Основные процессы, контролирующие осадконакопление и фации на шельфе:

• 1) тип осадка и скорость его привноса,
• 2) тип и интенсивность гидравлического режима шельфа,
• 3) колебания уровня моря,
• 4) климат,
• 5) взаимодействие живые организмы—осадок,
• 6) химические факторы.

Тип осадка и скорость его привноса

Осадок, который окаймляет речные устья, – преимущественно тонкозернистая взвесь, состоящая в основном из ила. Наиболее благоприятны для накопления илов участки, прилегающие к устьям крупнейших рек. У таких рек иловые покровы простираются на всю ширину шельфов. Основное количество осадка на континентальные шельфы транспортируют двенадцать крупнейших рек, в том числе Ганг-Брахмапутра и Хуанхэ вместе приносят 20% общего количества осадка. Песок на шельф приносится и непосредственно из устьев рек в периоды наводнений, и с пляжей в периоды штормов.

Тип и интенсивность гидравлического режима шельфа

Можно различать четыре гидравлических режима шельфа:

• 1) преимущественно волновой,
• 2) преимущественно приливно-отливный,
• 3) преимущественно океанических течений,
• 4) преимущественно штормовой.

Шельфы с преимущественно волновым режимом контролируются сезонными изменениями интенсивности волн и течений. Активная транспортировка осадков ограничена периодами штормов. Преобладают тонкозернистые осадки и мелкомасштабные формы дна.

Шельфовые моря с преимущественно приливно-отливным режимом ежедневно промываются сильными донными течениями, которые способны формировать донные формы различного размера. В них песок поступает в более значительных количествах, чем в бесприливные моря.

Шельфы с режимом преимущественно океанических течений обычно узкие и постоянно находятся под воздействием устойчивых однонаправленных течений, которые вторгаются на шельфы из открытого океана.

Шельфы с преимущественно штормовым режимом. Режим любого шельфа в большей или меньшей степени подвержен штормовым процессам. При высокой частоте штормов режим считается полностью штормовым.

Колебания уровня моря

Колебания уровня моря определяют глубину воды, что влияет на

• гидравлическую энергию, действующую на морское дно,
• ширину шельфа,
• положение устьев рек, приносящих осадок.

Существенное влияние на распространение фаций на шельфе оказывают скорости и величины трансгрессий и регрессий. В периоды понижения уровня моря на бывший шельф реками транспортируется более крупнозернистый осадок. В периоды повышения уровня на шельф попадает только тонкозернистый осадок и преобладают процессы переотложения.

Климат

Климат определяет тип и скорость выветривания и эрозии, способ транспортировки (вода, ветер или лед). Эти факторы обусловливают существование широтной зональности типов шельфовых осадков. Преобладающими контролирующими факторами являются температура и атмосферные осадки. В полярном климате характерным компонентом глинистой фракции является хлорит, к наземным ледникам примыкают обширные моренные отложения. В дождливом тропическом климате илы содержат большую долю глинистых минералов; вблизи небольших рек часто обилен каолин, в крупнозернистых осадках преобладает кварц. В жарком сухом климате могут преобладать принесенные ветром песок и алеврит.

Сезонные вариации также контролируют периодичность шельфовой седиментации. В полярном климате скорость осадконакопления наибольшая в течение коротких периодов освобождения от льда. В дождливом тропическом климате скорость транспортировки осадка также сильно изменяется в зависимости от сезона (влажного или сухого).

Взаимодействие между живыми организмами и осадком

Мелководные морские осадки постоянно изменяются под действием биологических процессов внутри биологически активного пограничного слоя. Активность бентосных организмов влияет на:

• 1) размер зернистости, сортировку, слоистость, содержание воды, уплотнение, сопротивление сдвигу, устойчивость дна,
• 2) транспортировку осадка,
• 3) регенерацию питательных веществ.

Химические факторы

Прибрежные и шельфовые процессы контролируют осаждение аутигенных минералов, таких как шамозит, глауконит и фосфорит. Шамозит и глауконит обнаруживаются в районах с низкой скоростью накопления обломочного материала. Шамозит встречается в более теплых водах обычно на глубинах между 10 и 170 м, а глауконит – в более холодных водах на глубинах от 10 до 200 м. Воды, обогащенные фосфатом, проявляются в зонах прибрежных апвеллингов, что приводит к осаждению фосфата кальция. Апвеллинги распространены вдоль западных побережий континентов. Они приводят к высокой концентрации фитопланктона и в итоге – к обогащению осадка фосфатом. Химическое осаждение минералов из поровых вод может также приводить к цементации осадка. Это увеличивает устойчивость поверхности дна к эрозии.

Классификация мелководных морских терригенных фаций и процессов их образования

Выделяются три обширные группы литофаций:

• 1) преимущественно песчаные (90—100% песка),
• 2) смешанные песчано-илистые (гетеролитические, 20—90% песка),
• 3) преимущественно илистые.

Процессы осадконакопления подразделяются на а) процессы спокойной погоды (включающие приливно-отливные течения, океанические течения и небольшие волны) и б) штормовые процессы (связанные со штормами нагонные течения и колебательные волны высокой энергии). Различаются три фациальных типа, связанные с тремя группами процессов:

• преимущественно приливно-отливных,
• преимущественно волновых,
• преимущественно штормовых.

Преимущественно приливно-отливные отложения включают пески, отлагающиеся при спокойной погоде, главным образом океаническими течениями. Преимущественно волновые и штормовые отложения включают пески, отложенные штормами, ветровыми дрейфовыми течениями, колебательными потоками и плотностными потоками, вызванными штормами. Преимущественно илистые отложения включают шельфовые аргиллиты с прослоями штормовых слоев (темпеститов).

Преимущественно приливно-отливные фации

Отличительным свойством этих отложений является разнообразная косая слоистость, и часто – крупный размер осадочных текстур. К ним относятся:

• Песчаные волны – крупномасштабные поперечные к потоку донные формы, образуемые возвратными приливно-отливными течениями. Обычно они сложены крупномасштабными косыми слоями (мощность косослоистых серий составляет около 1-10 м, редко до 20 м).
• Мегарябь (или дюны) характерны не только для приливно-отливного режима. Однако в большинстве древних приливно-отливных песчаников среднемасштабная косая слоистость (серии мощностью 0,1—0,2 м) является одной из наиболее распространенных осадочных текстур.
• Иловые шлейфы – характерная черта приливно-отливных отложений. Они хорошо развиты в современных сублиторальных обстановках, намываются отливными течениями.
• Приливно-отливные песчаные гребни (или песчаные бары) распространены в современных приливных обстановках и на прибрежных, и удаленных от берега участках.

Преимущественно волновые и штормовые фации

Штормовые отложения (темпеститы) хорошо сохраняются в разрезах. Кратковременные условия высокой энергии («штормы») чередуются с более длительными периодами условий малой энергии («спокойная погода»). Процессы спокойной погоды включают жизнедеятельность организмов и незначительную переработку осадка волнами. Наиболее заметным признаком действия волн являются знаки ряби. Различные соотношения между вертикальным наращиванием (агградацией) и латеральной миграцией ряби создают разные типы мелкомасштабной косой слойчатости.

Для штормовых песчаных отложений характерна бугорчатая косая слоистость. Это одна из форм средне- и крупномасштабной косой слоистости, при которой ундулирующая и слабонаклонная поверхность слоев наследует форму дна при перемещении бугров и понижений. Эта текстура развивается в основном в крупном алеврите и мелком песке, которые обычно содержат обильное количество слюды, карбонатного детрита и разрозненные интракласты аргиллита.

Идеализированный разрез штормовых песчаных отложений представлен слоем мощностью около 0,2 м (до 1—1,5 м), состоящим из (рис.):
1) штормовой базальной эрозионной поверхности, которая может быть ровной или волнистой, с подошвенными знаками и включениями гальки, раковин или аргиллитов;
2) основных штормовых отложений — интервал с бугорчатой косой слоистостью, в сочетании с параллельной слоистостью;
3) отложений утихающего шторма — песчаный слой с волновой рябью, иногда присутствует и косая слоистость знаков ряби однонаправленного течения;
4) глинистых отложений, отражающих либо выпадение из взвеси осадка, поднятого штормом (постштормовой ил), или возвращения к режиму седиментации спокойной погоды. Обычна биотурбация.

Преимущественно иловые фации шельфа

Эти фации – самые распространенные среди всех древних шельфовых терригенных отложений. По аналогии с современными обстановками, глинистые шельфовые отложения большой мощности, вероятно, накапливались в районах слабого воздействия волн и течений, особенно там, где высока концентрация взвешенного осадка. Свидетельством штормов являются скопления переотложенного скелетного материала (ракушняки) и глинистые штормовые слои («иловые темпеститы») с характерной биотурбированной кровлей.

Ракушняки – это беспорядочные скопления ископаемых раковин, связанные с двумя процессами переотложения:

• с транспортировкой раковинного материала из обстановки непосредственного обитания штормовыми течениями,
• с переотложением раковинного материала штормовыми волнами.

Критерии определения древних мелководных морских терригенных отложений

Существует целый ряд таких критериев. Наиболее важные из них:

• 1) соленость,
• 2) температура,
• 3) количество растворенного кислорода,
• 4) свойства субстрата,
• 5) гидравлические условия,
• 6) глубина воды.

Биологические критерии

Наиболее надежную основу для различения морских и неморских обстановок дают остатки ископаемых беспозвоночных. Шельфовую обстановку идентифицируют стеногалинные виды. К ним относятся кораллы, трилобиты, цефалоподы, замковые брахиоподы, иглокожие, мшанки и некоторые известковые фораминиферы.

Следы жизнедеятельности дают данные об активности животных внутри субстрата и на его поверхности и об условиях субстрата.
А — краткая характеристика экологических параметров, контролирующих деятельность организмов. Б — батиметрическая зональность ископаемых ходов зарывающихся животных.
Skolithos – литоральные пески;
Cruziana – хорошо сортированные пески и алевриты;
Zoophycos – нечистые пески и алевриты;
Nereites – пелагические илы между слоями турбидитов;
Glossifungites – сверлящие, пересекают поверхности.

Минералогические критерии

В мелководной морской обстановке наиболее характерными аутигенными минералами являются глауконит, шамозит и фосфаты.

Выводы

1. Мелководные моря делятся на два основных типа: 1) краевые, или периконтинентальные, 2) эпейрические, или эпиконтинентальные.
2. Наиболее благоприятны для накопления илов участки, прилегающие к устьям крупнейших рек.
3. Можно различать четыре гидравлических режима шельфа: 1) преимущественно волновой, 2) преимущественно приливно-отливный, 3) преимущественно океанических течений, 4) преимущественно штормовой.
4. Главными климатическими контролирующими факторами являются температура и атмосферные осадки.
5. Выделяются три обширные группы мелководных морских терригенных фаций: 1) преимущественно песчаные (90—100% песка), 2) смешанные песчано-илистые (гетеролитические, 20—90% песка), 3) преимущественно илистые.
6. Отличительным свойством преимущественно приливно-отливных фаций является разнообразная косая слоистость.
7. Для штормовых песчаных отложений характерна бугорчатая косая слоистость. Процессы спокойной погоды включают жизнедеятельность организмов и незначительную переработку осадка волнами.
8. Иловые фации шельфа – самые распространенные среди всех древних шельфовых терригенных отложений.
9. Наиболее надежную основу для различения морских и неморских обстановок дают остатки ископаемых беспозвоночных. Шельфовую обстановку идентифицируют стеногалинные виды.
10. Следы жизнедеятельности дают данные об активности животных внутри субстрата и на его поверхности и об условиях субстрата.
11. В мелководной морской обстановке наиболее характерными аутигенными минералами являются глауконит, шамозит и фосфаты.

Вопросы для самопроверки

1. Какие основные процессы контролируют осадконакопление на шельфе?
2. Какие осадки и донные формы характерны для шельфов с преимущественно волновым режимом?
3. Как влияет на осадконакопление активность бентосных организмов?
4. Что такое «темпеститы»? Каковы их структурные и текстурные особенности?
5. Как образуются прослои ракушняков в глинистых отложениях шельфа?