Модели современного континентального седиментогенеза

Континенты (материки) представляют собой крупные массивы зем-ной коры, большая часть которых выступает над уровнем мирового океана. Они являются поставщиками обломочного материала в окружающие их моря и океаны . На самом континенте осадки и образуются, и накапливают-ся. Среди них различаются собственно наземные (субаэральные), подвод-ные ( субаквальные) и подледные отложения. Выделяются генетические типы, парагенетические группы и ряды. Элювиальный ряд составляют продукты разложения горных пород процессами выветривания, сохраня-ющиеся на месте их первоначального залегания. Склоновый ряд составля-ют продукты выветривания, переотложенные агентами денудации и под действием силы тяжести: делювий, осыпи, обвальные, оползневые, со-люфлюкционные накопления на склонах и подножьях гор и возвышений. Водный ряд составляют речные (аллювиальные), озерные, пролювиальные (временных водотоков) отложения. Ледниковый ряд - слагают собственно ледниковые (морены), ледниково- речные (флювиогляциальные), леднико-во-озерные отложения. Ветровой(эоловый)ряд представлен эоловыми песками, слагающими дюны, барханы, и эоловым лессом. Особую группу составляют болотные отложения, техногенные наносы и вулканогенные образования на суше. Основной объем континентальных осадков накапли-вается в низменных озерно-аллювиальных равнинах типа Западно-Сибирской и Прикаспийской низменностей. Именно здесь отлагаются бо-лее или менее выдержанные песчаные пласты, из которых состоят природ-ные резервуары нефти и газа. Рассмотрим кратко условия озерного и реч-ного седиментогенеза.

Озерная модель

Озера представляют собой природные водоемы в углублениях суши (котловинах ). По происхождению котловины озер подразделяются на тек-тонические, ледниковые, эррозионные, речные, приморские, провальные, просадочные-карстовые, термокарстовые, эоловые, вулканические. Уро-вень воды в озерах испытывает сезонные и многолетние колебания. В за-сушливых областях озера пересыхают. Ветер вызывает в озерах волны вы-сотой до 3- 5 метров. Нагревание озер происходит под действием солнеч-ных лучей. В зонах умеренного климата температура воды понижается с поверхности ко дну, зимой - со дна к поверхности. Содержание солей в озерах колеблется от нескольких миллиграммов до 300 г и более на 1 л. В озерах тундры преобладают ионы Si⁺ и НСО3^- , в лесной зоне – Са²⁺ и НСО^-3, в степной - ионы Na⁺ и SO^2-4 или Na⁺ и Сl^-. От соотношения недиссоции-рованной и диссоциированной углекислоты, ее бикарбонатных и карбо-натных солей зависит в большинстве случаев кислотность или щелочность

воды. Содержание кислорода с одной стороны, сероводорода, метана и во-дорода с другой характеризует окислительные и восстановительные зоны воды, водной толщи и грунта.

Характер озерных осадков изменяется в зависимости от климата. В областях с холодным климатом отлагается обломочный песчано-глинистый материал, иногда с тончайшей слоистостью, получивший наименование "ленточная слоистость". В зоне умеренного климата вместе с обломочным материалом накапливаются железо (бобовые руды), кремне-зем (диатомиты), карбонат кальция, торф, сапропель. В засушливых обла-стях накапливаются карбонаты, галлит, гипс, а в бессточных озерах - до-ломиты, иногда сода. По многим признакам озерные отложения сходны с морскими, имеют хорошую сортировку , горизонтальную слоистость. От-личительными признаками их являются тесная связь с аллювиальными ти-пами осадков, бедность фаунистических остатков. В пресноводных озерах накапливаются пески, алевриты, глины. Преобладают тонкозернистые осадки с горизонтальной слоистостью.

Рис. 70.Современные фации озера Севан(По Г.Д.Афанасьеву, 1962):1-галечники, гравий и песок побережья; 2- галечники; 3-песок известковый; 4- ил гумусо-сапропелевый; 5- глины песчанистые; 6- ил известковый; 7 - ил диатомовый

По характеристике Д.В.Наливкина в мелких озерах пески и галечни-ки слабо развиты или отсутствуют. В крупных озерах хорошо выражена зональность в распространении литофаций (рис.70), поскольку процесс разнесения приносимого с берега терригенного материала регулируется

такими же волновыми процессами и подводными течениями, как и в мо-рях, но значительно меньшими по масштабам.

Галечники и дресва осаждаются в устьях горных рек, впадающих в озеро. Пески отлагаются в прибрежной полосе и в дельтах рек. Алевриты весьма характерны для озерных отложений. Они преобладают над песками даже в дельтах рек. Глинистые осадки в озерах занимают господствующее положение. Они отличаются здесь большим разнообразием по составу примесей: песчанистые, алевритистые, углистые, битуминозные, известко-вые, железистые, кремнистые. Озерные глины обычно имеют тонкослои-стую текстуру, фаунистические остатки в них встречаются редко. В глубо-ководные части озер песчано-алевритовый материал может доставляться суспензионными и воздушными потоками. Объем этого материала незна-чителен. Глинистые частицы могут уноситься водой сравнительно далеко, прежде чем осядут на дно. Этим объясняется накопление сапропелевых и диатомовых илов в глубоководной части водоема. Источниками органиче-ского материала в них являются остатки растительности, пышно произрас-тающей вдоль побережий, и остатки планктонных форм фауны и флоры. Количество оседающего ила значительно изменяется в зависимости от времени года. Наибольшее количество осадков выпадает летом и осенью, что объясняется усилением деятельности рек, впадающих в озеро, сильны-ми дождями и ветрами, ускоряющими разрушение берегов под действием волн. Эти осадки наиболее грубозернистые и содержат наибольшее коли-чество минеральных частиц. Зимой после замерзания озер на дно оседает иловый и органогенный материал, находящийся в воде во взвешенном со-стоянии, образуя тончайший илистый прослоек. Возникает тонкая сезон-ная слоистость, получившая название "ленточная слоистость". Порода с такой слоистостью называется ленточной глиной. Наблюдениями установ-лено, что скорости осадконакопления в разных частях озер колеблются от

Вдо 12 мм в год.

горько-соленых озерах отлагаются химические осадки: известня-ки, туфы, оолиты. Известняковые туфы скапливаются вблизи минеральных источников, оолитовые известняки - в береговой зоне. Примерами таких озер являются Большое соленое озеро в Северной Америке и озеро Балхаш

К Средней Азии. Среди солей преобладают кальцит, мираболит (Na2SO4·Н2О), доломит. Органический мир беден и однообразен. Фауна представлена остракодами, гастроподами, пелециподами, флора - извест-ковыми и кремнистыми водорослями. В южной части озера Балхаш широ-ко развиты известковые илистые пески и песчаные илы.

Речная модель

Реки представляют собой водные потоки, питающиеся за счет по-верхностного и подземного стока. Они являются основными поставщика-

ми терригенного материала в озера, моря, океаны. Каждая река имеет ис-ток - место рождения (обычно это овраги ) и устье- место впадения в море, озеро . Река с притоками образует речную систему. Она течет по понижен-ному участку рельефа вытянутой формы, называемому долиной. Наиболее пониженная часть речной долины называется руслом. Часть долины, зали-ваемая высокими речными водами, называется поймой или пойменной террасой. В руслах различаются глубокие места-плесы и мелководные участки-перекаты. Линия наибольших скоростей течения называется стрежнем, место впадения - базисом эрозии.

Различаются реки горные, равнинные. Горные реки отличаются большим уклоном, бурным течением, узкими долинами, преобладанием процессов размыва. Для равнинных рек характерны: пологий продольный профиль, пониженные скорости течения, широкая долина, наличие изви-лин русла (меандр), образующихся в результате намывов и размывов ал-лювиальных накоплений русловым потоком. Скорость течения горных рек достигает 6-7 м/сек, равнинных - несколько сантиметров в секунду. В за-висимости от объема питания различают периоды половодья, паводка и межень. С повышением уровня воды скорость течения увеличивается. В поперечном профиле долин средних и крупных рек различаются надпой-менные террасы. Они являются образованиями древних русел реки. Чем выше от русла расположена терраса, тем она древнее.

Река со своими притоками производит огромную эрозионно-аккумулятивную деятельность. По пути движения водного потока проис-ходят следующие геологические процессы:

В перенос перекатыванием по дну реки обломков песчаной и гра-вийно-галечной размерности;

В перенос во взвешенном состоянии тонких илистых частиц;

В разрушение берегов, состоящих из твердых или рыхлых пород;

В отложение и переотложение на пологих берегах песчано-гравийно-галечного материала.

Размер перекатываемого и отлагаемого материала зависит от скоро-сти течения, а скорость течения - от уклона реки. Наименьший уклон наблюдается вблизи устьевой части реки. Здесь транспортируется и отла-гается тонкозернистый материал. В результате деятельности рек на месте обширных опусканий земной коры образуются протяженные аллювиаль-ные равнины, примерами которых являются Венгерская низменность в Карпатах, долины р. По в Альпах, р. Ганг в подножье Гималаев. Ширина их достигает десятка километров, толщина осадков-сотен метров.

географической точки зрения различаются три типа рек (участков рек): меандрирующая, многорусловая, прямолинейная. Почти все реки ме-андрирующие или многорусловые. Меандрирующая река течет только по одному руслу, имеющему сильную извилистость, и образует излучины (меандры). В русловой части долины меандрирующей реки образуются:

1) береговые валы (гряды), тянущиеся по берегам реки; 2) меандровые от-мели; 3) старицы - не действующие части русла, заполненные стоячей во-

дой (рис.71).

Рис. 71.Фации поймы реки с меандрирующими руслами(по Р.К.Селли, 1981):1-пойменное болото; 2-речная песчаная коса; 3-русло реки; 4-прирусловый песчаный вал; 5 -старичное озеро; 6-пески русловые; 7-глины пойменные, старичных озер; 8-пески, алевриты прирусловых валов; 9-глины торфянистые, торф пойменных болот и старичных озёр

Пойменная часть речной долины расположена выше русловой части, называется пойменной террасой. Она заливается водой только в периоды паводков. Нередко на ней развиты проточные болота, а иногда образуются и мелкие озера. На пойму накладываются более молодые склоновые отло-жения - делювиальные, солифлюкционные наносы, а в горах - и селевые потоки. Временные водотоки и притоки прорезают пойму основной реки поперечными промоинами. Многорусловые реки состоят из разделяющих-ся и снова соединяющихся русел. Между руслами располагаются отмели и острова, а вдоль берегов развиты прибрежные отмели. Вдольбереговые гряды развиты слабо или отсутствуют. Прямолинейные реки текут только по одному руслу. Они встречаются редко, вдоль их берегов развиты узкие отмели. Отложения террас сохраняются редко и в незначительном объеме, они сложены более древними русловыми и пойменными песками и галеч-никами . Счет террас ведется снизу: первая надпойменная, вторая надпой-менная и т.д. Аллювиальные отложения (от лат. alluvio-нанос, намыв) - это терригенные осадки русловых водных потоков, пойменной равнины и тер-рас. Р.Унруг и др. отмечают, что отложения большинства аллювиальных равнин состоят из русловых осадков. Причиной этого является, прежде всего процесс боковой миграции речных русел. Наибольшая скорость те-чения воды в русле меандрирующих рек наблюдается вблизи вогнутого берега реки, а наименьшая - на противоположном берегу. Этим объясняет-

ся накопление обломочных частиц на выпуклом участке берега и размыва-ние противоположного (вогнутого) берега. Благодаря этому русло реки по-степенно перемещается в боковом направлении, а материал размытого бе-рега перемещается вниз по течению и отлагается на следующей излучине. Боковое перемещение русла приводит к образованию слоя, сложенного из русловых осадков. Особенно интенсивно боковая эрозия происходит в пе-риод весенних и летних дождевых паводков, когда возрастает скорость те-чения. Размыв берегов приводит к образованию оползней, обвалов.

Д.В. Наливкин отмечал, что форма русловых отложений на карте имеет вид изгибающейся полосы, а в поперечном разрезе - вид линзы, вре-занной в нижележащие более древние отложения (рис.72) . Мощность та-ких линз невелика, но серия их, наложенных друг на друга в вперемежку с пойменными, старичными и озерными отложениями, могут образовать терригенную толщу значительной толщины.

Рис. 72.Типы заполнения русел рек,выделенные по форме кривых стандартного элек-трического каротажа скважин (по Д.А. Бушу, 1977):

ПС-кривая спонтанной поляризации. К -кривая электрических сопротивлений

Это возможно в том случае, если тектонические и ландшафтные условия сохраняются более или менее стабильными в течение длительного геологического времени.

Накопление осадков на пойменной террасе происходит во время ве-сенних и летних паводков. В основном это - суспензионные осадки (гли-ны). На дне и берегах русел отлагаются грубозернистые осадки . В горных областях это - валуны , галечники, гравий, песок, алеврит; на равнине - алеврит, песок, гравий. Количество гравия и галек зависит от скорости те-чения, а состав - от разновидностей размываемых горных пород. В нижних течениях равнинных рек скорость течения сокращается , соответственно уменьшается и размер обломков переносимого материала.

Например, основная масса осадков нижних течений рек Волга, Ду-най, Аму-Дарья, Сыр-Дарья представлена тонкозернистыми песками, алев-ритами. Наиболее тонкозернистые осадки скапливаются в дельтах рек. Здесь они перемываются и отлагаются заново.

Характерными признаками русловых отложений являются плохая отсортированность обломочных частиц, однонаправленная многоэтажная косая слоистость и др. (табл.36). Слойки наклонены по направлению те-чения водного потока. Встречаются и другие виды текстур, слоистости. Остатки фауны в речных отложениях встречаются редко, представлены пресноводными видами: моллюски, пелециподы, униониды и др. На пой-менной площадке встречаются скопления растительных остатков, перехо-дящих в торф и угли. Иногда присутствуют остатки стволов и корней дре-весных растений , кости пресмыкающихся и млекопитающих животных. В илистых осадках встречаются споры и пыльца растений, остатки остракод, харофитов. Перечисленные признаки являются прямыми свидетелями о континентальных условиях осадконакопления.

Дельтовая модель

В географическом отношении дельта представляет собой низменную равнину, расположенную в устье реки , сложенную речными наносами и прорезанную сетью рукавов и протоков (рис.73).

При впадении речного потока в стоячий водоем, скорость движения воды резко понижается . Твердые частицы, находившиеся в движущемся потоке воды, выпадают в осадок, русло реки разветвляется на несколько рукавов. Формирование дельты начинается с образования из приносимого рекой терригенного материала приустьевых кос и подводных отмелей. Благоприятными условиями для образования дельт являются обилие при-носимого материала и мелководность бассейна, куда впадает река. Напри-мер, при стабильном стоянии уровня Каспийского моря нарастание дельты реки Волги составляет 94м в год. Дельта образуется только у крупных рек, доставляющих в водоем большое количество обломочного материала. У мелких рек материал разносится волнами, дельта не образуется. Там, где морские волны и течения достаточно сильны, чтобы перераспределять по-ступающий с суши терригенный материал, вместо дельты формируются вдольбереговые бары и пляжи.

По форме (вид сверху) различаются четыре типа дельт: дугообразная (р.р . Нил, Волга), лопастная (форма птичьей лапки, р. Миссисипи), эстуар-ная (р.Енисей), треугольная, остроконечная (р. Тибр). Геологи различают надводную и подводную части дельты, а в поперечном разрезе выделяют дельтовую платформу, дельтовый склон и продельту (рис.74).

Рис. 73.Дельтовая модель(по Р.Унругу, 1980).Элементы дельты:1-подводный вал; 2-береговой вал; 3-трещинно-оползневые глифы; 4-болота дельтовой равнины; 5-озеро; 6-залив; 7-русло и рукава дельты

Рис . 74.Геоморфологические элементы авандельты(по Ю.Н.Карогодину, 1996)

Дельтовую платформу слагают континентальные отложения. В ее пределах выделяются следующие геоморфологические элементы (рис.73,

75):

1. Фронт дельты, простирающийся вдоль границы дельты со сторо-ны моря и представляющий собой песчаное побережье. В мелководных условиях вдоль фронта дельты образуется цепочка песчаных барьерных островов (пример-дельта р.Нил).

- Русла-рукава, протоки, расходящиеся веерообразно от основного русла реки.

- Вдольрусловые песчаные гряды.

- Болотистые низменные равнины, периодически заливающиеся морем и располагающиеся между песчаными грядами.

- Озера, заливы низменной дельтовой равнины.

Рис. 75.Фации современной дельты реки Миссисипи(по Т.Е.Фразеру):1-береговой вал; 2-распределительное русло; 3-пылевидные осадки приустьевой насыпи; 4-песчано-пелитовые осадки фронта дельты;

5-пелитовые осадки продельты; 6-болота дельтовой равнины; 7 -торф; 8-пелитовые осадки дельтовой равнины; 9-осадки берегового вала

Из этого перечисления следует, что дельта представляет собой сложное песчано-глинистое сооружение, состоящее из песков и алевритов русел рукавов, протоков и озерно-болотных илов низменной равнины. Пески отличаются тонкозернистостью и плохой сортированностью (табл.37). Осадки богаты растительным детритом.

Дельтовая равнина является обиталищем рыб, птиц, пушных зверь-ков, илоядных организмов, питающихся растительным детритом. Расти-тельные остатки здесь могут накапливаться в больших количествах и обра-зовывать залежи торфа и углей.

Дельтовый склон представляет собой пологую подводную равнину, называемую авандельтой. Угол наклона ее поверхности составляет менее одного градуса. Осадки сюда доставляются подводными потоками и тече-

ниями и осаждаются как морские отложения. В этой части дельты проис-ходит смешивание речных пресных вод с морскими солеными водами. При этом скорость водных потоков понижается, соответственно уменьшается и размер переносимых и отлагаемых ими частиц: в этой части дельты преоб-ладают тонкозернистые осадки-алевролиты, глины, тонкозернистые пески. Фауна обедненная, солоновато-водно-морская.