Структурная геология

Слои и слоистость в природе

Положение в пространстве слоистых толщ осадочных и вулканогенных горных пород – основа для расшифровки структуры верхних горизонтов земной коры. Осадочные породы обладают многими чертами, которые отражают обстановку осадконакопления.

Большая часть осадочных пород континентов представлена мелководными морскими образованиями, на что указывают состав органических остатков и другие особенности. В ряде горных хребтов мощность осадочных пород измеряется тысячами метров. На основании этого можно сделать вывод, что накопление столь огромных объемов осадков оказалось возможным только вследствие постепенного прогибания поверхности, на которой происходило осадконакопление.

Осадочные породы накапливались в закономерной последовательности на протяжении геологического времени, поэтому они являются главными документами по истории Земли. Не зря слои осадочных пород называют «листами каменной книги». Многие текстуры осадочных пород зависят от условий осадконакопления и образуются еще до затвердевания осадка.

Наиболее существенное свойство осадочных пород – то, то они образуют слои.

Слой (пласт) –

геологическое тело плоской формы (мощность во много раз меньше размеров площади распространения), отделенное от выше- и нижележащих пластов отчетливыми поверхностями напластования (подошвой и кровлей) и имеющее более или менее однородный состав (Геологический словарь).

Слой является основной формой залегания стратифицированных пород.

Слои осадочных пород возникают, как правило, в водоемах; плоская форма их ограничений обусловлена плоским, выровненным дном водоемов. Поверхность рыхлого осадка стремится занять положение, перпендикулярное вектору силы тяжести. Образование поверхностей напластования объясняется изменением хода осадконакопления, его прерывистостью или сменой условий. Главным признаком, по которому выделяется слой, является смена пород. Слои обычно характеризуются большими протяженностью и площадью распространения; слои мощностью менее 1 м нередко прослеживаются на десятки, а иногда и сотни километров.

Бассейны осадконакопления не бесконечны, и каждый слой рано или поздно кончается: в краевых частях слоя наблюдается постепенное выклинивание слоя (рис. 1). Оно может быть обусловлено приближением к границе осадконакопления, например, береговой линии (седиментационное выклинивание), или связано с более поздним размывом части слоя (денудационное выклинивание). При небольшом распространении слоя он в поперечном сечении становится похожим на линзу (рис.2). Его так и называют линзой.

Поверхности наслоения могут быть различными, в зависимости от условий осадконакопления - резкими, четкими, постепенными.

Помимо первичной (сингенетичной) слоистости, может наблюдаться и вторичная слоистость, образовавшаяся на стадии диагенеза или более поздних изменений и связанная с частичным растворением и переотложением составляющих породу минералов (конкреционная слоистость, стилолиты).

Слои значительно меньшей мощности, чем другие, и реже встречающиеся, обычно называют прослоями.

Фации

Состав слоя в боковом (латеральном) направлении редко остается одинаковым: изменяется и состав пород, и характер встречающихся в них органических остатков. Такие изменения называют фациальными, а разновидности пород в пределах одновозрастных слоев - фациями. Различные фации отражают различные обстановки осадконакопления.

Классификация слоев по мощности.

Существует целый ряд классификаций, предложенных различными авторами. Предлагаемая классификация – одна из наиболее дробных:

• гигантослоистые - > 1000 cм (10 м);
• толстослоистые - 100 - 1000 см;
• крупнослоистые - 50 - 100 см;
• среднеслоистые - 10 - 50 см;
• мелкослоистые - 2 - 10 см;
• тонкослоистые - 0,2 - 2 см;
• микрослоистые - < 0,2 см.

Следует отметить, что при описании слоистости всегда следует добавлять конкретные цифры мощностей слоев – максимальные, минимальные и средние.

Изучение слоистости составляет основу стратиграфии – науки о возрастной последовательности слоев и об условиях их образования. Оно помогает расшифровать сложные складчатые и разрывные нарушения, что входит в компетенцию структурной геологии. Возраст тел, не имеющих слоистого строения, определяется по их взаимоотношениям со слоистыми образованиями.

Главные типы слоистости – параллельная и косая.

При параллельной (горизонтальной) слоистости слои залегают параллельно друг другу. Этот тип слоистости характерен для осадконакопления в относительно спокойной, малоподвижной водной среде, ниже базиса действия волн.

Разновидности параллельной слоистости:

• простая полосовидная слоистость – незакономерное, неупорядоченное чередование слоев различного состава и мощности (рис. 3);
• ленточная слоистость – ритмичное чередование тонких (несколько мм) алевритовых и глинистых слойков (варвы), обусловленное сезонными колебаниями температуры (рис. 4);
• градационная слоистость – постепенный переход от породы крупнозернистой к тонкозернистой внутри одного ритма, между ритмами границы резкие, часто неровные, с признакми размыва (рис. 5).

Ленточная и градационная слоистость – разновидности ритмичной слоистости.

Косая слоистость представляет собой серии прямых или криволинейных тонких слоев, располагающихся под различными углами к горизонту. Она свидетельствует о быстрой изменчивости условий осадконакопления в обстановке неравномерного движения среды осадконакопления (водной или воздушной).

Формирование косой слоистости

Движение среды осадконакопления (течение, волны, ветер) образует на поверхности осадка донные формы – рябь, дюны, бары, гряды и т. п. Донные формы постоянно мигрируют – смещаются по течению (ветру), против течения или в боковом направлении. При этом на склоне донной формы, обращенной в сторону смещения, отлагаются наклонные слои, а противоположный склон эродируется (рис. 6). В некоторых случаях по форме косых слойков можно отличать подошву косослоистой серии от кровли (к подошве косые слойки подходят постпенно, в кровлю резко утыкаются).

Особенности строения кровли и подошвы слоя.

Поверхности напластования несут на себе ряд текстурных признаков, позволяющих во многих случаях отличать подошву от кровли. Это бывает необходимо при работе в районах, где встречаются опрокинутые залегания. К этим признакам относятся:

1. рябь (ветровая, течениевая, волновая). она не является надежным критерием для отличия подошвы от кровли, поскольку сложно, а то и невозможно бывает определить: сама это рябь или ее слепок на подошве перекрывающего слоя;
2. трещины усыхания;
3. следы капель дождя;
4. следы ползания, норки зарывающихся организмов;
5. колонии организмов;
6. глиптоморфозы;
7. подошвенные знаки – гиероглифы: слепки выемок и борозд размыва, следов волочения по дну различных предметов.
8. текстуры внедрения.

Стратиграфические подразделения

Мощности отдельных слоев, как правило, недостаточны для того, чтобы изобразить их на геологической карте (в некоторых случаях отдельные слои – маркирующие горизонты – показывают внемасштабными знаками). На картах показываются группы слоев, объединенных по какому-либо признаку. Эти группы слоев называются стратиграфическими подразделениями (стратонами). На обзорных картах показываются подразделения общей (международной) стратиграфической шкалы: системы, отделы, ярусы. Эти подразделения выделяются по возрастному принципу – по наличию определенного комплекса окаменелостей. На картах картировочных масштабов показываются местные (свиты, подсвиты) или вспомогательные (толщи, подтолщи, пачки) стратиграфические подразделения.
(На картах из Атласа учебных карт также часто изображены общие стратиграфические подразделения).

Для выделения картируемых стратиграфических подразделений производится изучение стратиграфических разрезов. В качестве таких разрезов выбираются обнажения, отвечающие следующим требованиям:

1. хорошая обнаженность - горные породы должны быть вскрыты на значительном интервале по мощности, без больших перерывов в обнажении;
2. слабая нарушенность первичного залегания пород тектоническими деформациями;
3. доступность для изучения.

Такие обнажения изучаются путем послойного описания горных пород с измерением мощности слоев и отбором образцов горных пород и органических остатков. Затем описанные слои группируются, главным образом, по литологическим признакам. Эта операция называется стратиграфическим расчленением. В одном обнажении редко вскрывается полная последовательность пород, слагающих изучаемую территорию, поэтому приходится описывать ряд стратиграфических разрезов. Это нужно также и для того, чтобы выявить возможные фациальные изменения. Затем проводится сопоставление (корреляция) описанных разрезов между собой, и составляется сводный стратиграфический разрез (колонка), в котором отражены все стратиграфические подразделения, выделенные на изучаемой территории. Каждому выделенному стратиграфическому подразделению присваивается цветовое условное обозначение (в соответствии со стандартными цветами раскраски подразделений общей стратиграфической шкалы) и индекс, составленный из индекса соответствующего подразделения общей стратиграфической шкалы, с дробностью до отдела, и символа местного или вспомогательного подразделения (для этого символа берется первая буква и следующая за ней согласная из названия свиты в латинском написании; из названия толщи берется только первая буква; подсвиты и пачки нумеруются снизу верх и их номера добавляются к индексу свиты или толщи).

Выводы

1. Положение в пространстве слоистых толщ осадочных и вулканогенных горных пород – основа для расшифровки структуры верхних горизонтов земной коры.
2. Основной формой залегания стратифицированных пород является слой.
3. Образование слоистости связано с изменениями в условиях осадконакопления.
4. Поверхности напластования несут на себе ряд текстурных признаков, позволяющих во многих случаях отличать подошву от кровли.
5. На картах показываются группы слоев, объединенных по какому-либо признаку. Эти группы слоев называются стратиграфическими подразделениями.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется слоем и его элементами?
2. Какие существуют типы слоистости?
3. Какими явлениями обусловливается возникновение слоистости?
4. Каковы особенности строения подошвы и кровли пласта, как можно по ним отличить нормальное залегание от опрокинутого?
5. Что называется стратиграфическим подразделением?
6. Для чего нужны стратиграфические подразделения?
7. В чем различие между общими, региональными и местными стратиграфическими подразделениями?
8. В чем заключаются стратиграфическое расчленение и корреляция?
9. Как выбирают и описывают опорные разрезы?