N E W S
OF TH E N A T IO N A L A C A D E M Y OF SCIEN C ES OF TH E R EPU B LIC OF K A Z A K H ST A N S E R IE S O F G E O L O G Y A N D T E C H N IC A L S C IE N C E S
ISSN 2224-5278
V olum e 3, N um ber 416 (2017), 87 - 100
MODERN FACIES ANALYSIS OF SEDIMENTARY ROCKS
N. A. A z e rb a y e v
LLP "Institute of Geological Sciences named after K. I. Satpayev", Almaty, Kazakhstan
Key words: sedimentary rock, lithofacies analysis, depositional environment, facies, lithogenetic type, struc
ture, structural analysis.
A bstract. Are the definitions of the basic terms and concepts of lithology and facies analysis. It shows the importance of Russian scientific schools of lithology in the development of the doctrine of sedimentary rocks and create a method of lithologic-facies analysis.
УДК 552.122
СОВРЕМЕННЫЙ ФАЦИАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД
Н . А. А зе р б а ев
ТОО «Институт геологических наук им. К. И. Сатпаева», Алматы, Казахстан
К лю чевы е слова: осадочная порода, литолого-фациальный анализ, обстановка осадконакопления, фация, литогенетический тип, текстура, текстурный анализ.
А ннотация. Приведены определения базовых терминов и понятий литологии и фациального анализа.
Показана важная роль российской научной школы литологии в развитии учения об осадочных породах и создании метода литолого-фациального анализа.
В веден и е. С татья является кратким излож ением лекции в м астер-классе. Ф ациальны й анализ является важ ны м м етодом литологии. Л итология - это один из важ нейш их ф ундам ентальны х разделов геологии - м ногогранной науки о Земле. Л итология изучает осадки и осадочны е породы . Т.е. это - учение об осадочн ы х породах. Н азвание это п роисходит от греческого слова litos - камень. О снователь теори и литогенеза,академ ик Н. М. С трахов дал такое определение этому разделу геологии: Л итология - н аука о составе, структурах, текстурах и генезисе осадочн ы х пород, вклю чая руды. Н о в связи с тем, что Н. М. С трахов в работах 1 96 2- 1963 гг. обосновал выделение нового 4 ти п а вулканогенно-осадочного литогенеза, приведенное определение нуж дается в доп ол нении: Л и т о л о г и я - на ука о сост аве, ст р укт ура х, т е к с т у р а х и ген ези се о са д о ч н ы х и в у л к а н о ге н н о -о с а д о ч н ы х пород, в к л ю ч а я руды . С тепенью развития региональной геологии, стратиграф ии, литологии, тектоники и петрологии определяется теоретический уровень развития геологии в том или ином государстве.
О садочны е породы ш ироко распространены на поверхности Земли. О ни слагаю т 6 6 -7 2 % поверхности континентов. 70 % поверхности Зем ли заним аю т океаны и моря. И х дно почти п ол
ностью покры то осадками. Ф ундам ентальное значение л итологи и состоит в том, что о н а нап рав
ленно изучает уникальную , присущ ую только наш ей планете Земле осадочную оболочку - стра
тисф еру и ее эволю цию . В ся хозяйственная деятельность человека проходит преим ущ ественно в осадочны х п ородах и в осадочном чехле Земли. В аж ное теоретическое ипрактическоезначение литологии определяется тем , что более 75% полезны х и скопаем ы х ф орм ирую тся в осадочны х породах. Только в них образую тся и находятся месторож дения энергетического сы рья - угля,
87
неф ти и газа. А изучение осадочного чехл а - стратисф еры является главны м источником познания геологической истории и эволю ции Земли.
Л итология обособилась от стратиграф ии и общ ей петрограф ии в начале д вадц аты х годов прош лого века. В М осковской горной академ ии в 1922 г. проф ессор М. С. Ш вецов начал чтение курса «П етрограф ия осадочн ы х пород». П озж е в Г еологическом институте А Н С СС Р академ иком Н. М. С траховы м бы ла разработана теория осадочного породо- и рудообразования, получивш ая название теори и литогенеза, удостоенная Л енинской прем ии в 1961 г. В К азахстане в стенах И н сти тута геологических наук им. К.И. С атпаева под руководством ч лена-корреспондента А Н К азС С Р П. Т. Таж ибаевой было основано и получило ш ирокое развитие научное направление
«Л итология и полезны е ископаем ы е К азахстана». П. Т. Т аж ибаева б ы л а п ервой ж енщ иной д о к тором геолого-м инералогических н аук из народов Ц ентральной А зии и К азахстана.
Рисунок 1 - Основоположник теории литогенеза лауреат Ленинской премии академик АН СССР
Н. М. Страхов (1900-1978)
Figurel- The founder of the theory of lithogenesis Lenin prize winner academician of the Academy of Sciences of the USSR N. M. Strakhov (1900-1978)
Рисунок 2 - Основатель научного направления «Литология и полезные ископаемые Казахстана»
чл.-корр. АН КазССР П. Т. Тажибаева (1920-1991) Fifure 2 - The Founder of the scientific direction "lithology and mineral
resources of Kazakhstan", corresponding member of the Academy of Sciences of the Kazakh SSR P. T. Tazhibayeva (1920-1991) О собо важ ное значение им еет литологи я д ля геологии неф ти и газа. М не приходилось во время работы в м еж дународны х п рограм м ах и н а гигантском м есторож дении Тенгиз встречаться и обсуж дать различны е аспекты геологии с зарубеж ны м и геологам и-неф тяникам и. О ни прекрасно знаю т седим ентологию , так в Европе и А м ерике н азы ваю т литологию . У меня создалось твердое убеж дение, что статус неф тяни ка в соврем енном мире во м ногом определяется знанием литологии.
Больш ое значение им еет литология для и зучения стратиф орм ны х м есторож дений, где она п о зво ляет вы яснить не только обстановку осадконакопления рудоносны х отлож ений и роль седимента- ционны х факторов в концентрации руд ны х ком понентов, но и установить роль стадий л и тогенеза в образовании руд. Д ело в том, что сейчас установлен а важ ная транспортирую щ ая роль рудоносны х флю идов, возникаю щ их на эпи ген ети чески х стади ях катаген еза - метаморфизма.
По м нению проф ессора М ГУ О. В. Я паскурта - одного из теоретиков литогенеза, многие направления теоретической литологи и группирую тся в д вух крупны х разделах: 1 - генетическом - учении о процессах и законом ерностях осадконакопления и ф орм ирования осадочн ы х пород, то есть об и х ген ези с е и 2 - учен ии о стадиальны х п роцессах с т р у к т у р н о -в е щ е с т в е н н ы х п реоб ра
зо в а н и я пород в стратисф ере, т.е. э п и ген е зе о са д о ч н ы х пор од [1].
88
Ф а ц и а л ь н ы й а н а л и з о са д о ч н ы х пород. О сновной целью фациального анализа является восстановление обстановки осадконакопления, в которой образовался осадок, из которого сф ор м ировалась осадочная порода. Д етальны й ф ациальны й анализ п озволяет реконструировать во врем ени и пространстве обстановки осадконакопления, а затем переходить к надеж ны м литолого- фациальны м и палеогеограф ическим построениям и восстановлению истории геологического развития региона. П. П. Тимоф еев [2] подчеркивал, что этот метод является важ ной частью ген ети ческого направления соврем енной литологии, получивш его развитие во второй половине Х Х века.
Ф ациальном у анализу посвящ ены работы Л. Н. Ботвинкиной, Н. Б. В ассоевича, Ю. А. Ж ем- чуж никова, М. Р. Лидера, И. О. М урдмаа, Д. В. Н аливкина, В. И. П опова, X. Рединга, П. П. Т и м о
феева, Г.-Э. Р ей нека и И. С ингха, Дж. У и лсон а и др. Д етальное описание обстановок осадкона- копления карбонатов и песчаников приведено в ф ундам ентальны х сводках под редакцией Х. Р е
дин га [3], П. Ш оля и др. [4, 5]. Две последние работы написаны больш им коллективом ам ери кан ских литологов, в том числе Г. К уком, и изданы А м ериканской ассоциацией геологов-неф тяников.
С оврем енны й ф ациальны й анализ осадочны х пород состоит из д ву х главны х этапов:
1. В ы явление и анализ генетических признаков пород. В результате в разрезе вы деляю тся генетические типы пород (литогенетические типы).
2. С равнение генетических признаков изучаем ы х д ревни х отлож ений с соврем енны ми. Н а основеэтого д елается вы вод о ф ациальной принадлеж ности и сследуем ы х отлож ений. Н. М. С тра
хов подчеркивал, что в «основе фациального ан али за леж ит принцип сравнения д ревни х осадков с соврем енны ми. Э тот принцип получил название прин ц ип а актуализм а» [6, стр. 42]. А ктуализм - это м етод реконструкции геологических процессов прош лого, базирую щ ийся на сравнении и х с со временны ми. В работах Р. Г. Гарецкого и А. Л. Я нш ина, И. О. М урдм аа и др. показано, что в геологическом прош лом м орские и океанские бассейны им ели слож ны й рельеф д н а и процессы перем ещ ения и накопления осадочного м атери ала происходили в тех водоем ах аналогично тому, как они соверш аю тся сейчас. В Геологическом институте А Н СССР группой учен ы х - В. С. Я б- локовы м , Л. Н. Ботвинкиной, А. П. Ф еоф иловой, П. П. Тим оф еевы м и др. под руководством и при непосредственном участии члена-корресп онден та А Н С СС Р Ю. А. Ж ем чуж ни кова н а материале Д онецкого угленосного бассей на бы л разработан метод ф ациально-циклического ан али за [7]. Э тот метод бы л д ополн ен членом -корреспонденом А Н С СС Р П. П. Тим оф еевы м н а материале угл ен о с
ны х отений ю ры Западной С ибири и более правильно назван д етальн ы м литолого-ф ациальны м анализом [8]. В аж ная суть изм енения названия состоит в том, что не все осадочны е толщ и им ею т циклическое строение, т.е. цикличность не является всеобщ им свойством последовательностей осадочны х напластований. Л итолого-ф ациальны й анализ использован д ля изучения океанских отлож ений по керну глубоководного бурения под руководством П. П. Т и м оф еева [9], в складчаты х областях У рала и К азахстан а - это работы А. В. М аслова и Н. А. А зербаева [10, 11], м еденосны х отлож ений Ж езказгана и м арганеносны х отлож ений М ангы ш лака - работы Л. Н. Ботвинкиной и И. П. Д руж инина. В конце прош лого века м етодом литолого-ф ациального ан али за нам и было установлен а приуроченность неф тяного м есторож дения-гиганта Тенгиз в П рикаспийской впадине к крупном у риф у - атоллу и п остроен вертикальны й ряд фаций.
В связи с тем , что отлож ения складчаты х областей состоят преим ущ ественно из бассейновы х образований, больш ое значение д л я их фациального изучения им еет познание морского и океан ского осадкообразования. В свете сказанного, больш ое значение им еет изучение керна глубокого бурения д н а океанов и морей, п роводим ы х С Ш А с н аучно-исследовательского судн а «Гломар Ч елендж ер». Г луби н а скваж ин от поверхности дн а составляет от 100 до 500 м. И м и вскры ты океан ские осадки и вулканические образования до поздней ю ры первого и второго слоев океана. Отмечу д в а сам ы х важ ны х результата: 1) П о дтверж ден а новая глобальная тектони ка или тектони ка плит;
2) С позднего м ела - это около 70 млн лет состав и соленость М ирового океана не менялись.
И. О. М урдм аа описал разнообразны й набор ф ациальны х признаков м орских и океанских осадков [12], которы й м ож но использовать д ля реш ения ф ациальны х и палеоокеанологических задач м етодом актуализма. В ы явленны е законом ерности мезозой-кайнозойского океанского осад кообразования, вклю чая соврем енны е фации, связь генетических признаков с определенны м и ф акторам и среды служ ат основой д ля использования м етода актуализм а при фациальном изучении отлож ений складчаты х областей.
89
Рисунок 3 - Создатель метода литолого-фациального анализа и школы петрологии углей чл.-корр.
АН ССР Ю. А. Жемчужников (1885-1957) Figure 3 - The Creator of the method of lithologic-facies analysis and school of coal petrology corresponding member
of Academy of Sciences of the USSR Y. A. Zhemchuzhnikov (1885-1957)
С о д е р ж ан и е п о н я т и я " ф а ц и я " . П о мере развития лю бого разд ела науки изм еняется п о н и м ание или определениетерм инов или понятий. О сновной целью ф ациального ан али за является восстановление обстановки седим ентации или условий образования осадков, из которы х образовались осадочны е породы .
Т ерм ин «фация» происходи т от латинского слова fa c ie s - лицо, облик, вид бы л введен датским геологом Н. Стено в 17 веке, которы й придавал ем у геохронологический смысл. В середине 19 века ш вейцарский геолог А. Греслив нес в это т терм ин новое содерж ание, предлож ив понимать «сово
купность видоизм енений, отлож ений, вы раж аю щ ую ся в том, или ином петрограф ическом , гео- гностическом или собственно петрограф ическом отличии». Ц и тируется по работе Н. Б. Вас- соевича. Н о сам А. Гресли не придерж ивался этого определения фации, как совокупности п р и знаков отлож ения и вклады вал в этот терм ин услови я образования, вы деляя пресноводную , солоноватоводную , литоральную и пелагическую обстановки образования.
У сп ехи в и зучении минералогии осадочны х пород во второй половине Х Х века вы явили связь состава аутигенны х м инералов с оп ределенны м и обстановкам и. Это работы М. Ф. В икуловой, Б. Б. Звягина, А. Г. К осовской, Ж. М илло и других. Т ак было установлено, что каолиниты обра
зую тся в кислой среде в услови ях гум идного климата, а монтм ориллониты синтезирую тся в щ елочной обстановке в услови ях аридного климата. Таким образом, возникла необходимость отраж ать в названии ф аций не только обстановку седиментации, но и возникаю щ ие в конкретной обстановке осадки. П оэтом у в м онограф ии «Геосинклинальны е отлож ения ордови ка Б ай кон ур
ского синклинория (состав и условия ф орм ирования)» мною сделан сравнительны й анализ п оним ания этого терм ин а разли чн ы м и исследователям и и предлож ен а новая ф орм улировка этого понятия: ф а ц и я - эт о ф и зи к о -ге о гр а ф и че ск и е у с л о в и я о б р а зо ва н и я осадков и сам и осадки, о б р азовавш иеся в д а н н о й о б ст а н о вке [10]. В такой ф ормулировке фация поним ается как систем ная целостность, как единство ш ирокого разнообразия факторов среды и возникаю щ его под их воздействием осадка с определенны м набором генетических признаков. П од ф изико-геогра
ф ическими условиям и образования осадков, которы е находят отраж ение в особенностях л и то генетических типов, понимается: глуби н а бассейна, удаленность от берега, условия ж и зн и и захо
ронения организм ов и т.д. Л андш аф т и клим ат п орож даю т определенны е динам ические и ф изико
хим ические условия среды и условия сущ ествования организмов. П оэтом у та или иная фация характеризуется определенной динам ической, ф изико-хим и-ческой обстановкой и сообщ еством организмов, сущ ествовавш их в ней. Д инам ическая об становка н аходит отраж ение в текстуре пород, а ф изико-хим ические особенности - в цвете пород и аутигенны х минералах.
Таким образом, породы и осадки обладаю т оп ределенны м и особенностям и состава, текстур и структур, указы ваю щ им ин а услови я их образования. В осстановленны е по этим особенностям физико-географ ические условия образования вместе с реставрируем ы м и осадкам исоставляю т фацию . С ледовательно, в это понятие нам и вклады ваю тся и сущ ность явления, и ф орм а его п ро
90
явления. П ри таком поним ании тер м и н а "фация" особенности состава осадков, и образовавш ихся из них пород, рассм атриваю тся в причинной связи с конкретной обстановкой осадконакопления, в которой происходило и х образование. Э та ф орм улировка Н. А. А зербаева, подчеркнул философ А. А. И вакин [13], является тенденцией, отраж аю щ ей две стороны п роцесса осадкообразования в единстве и втож дестве.
Э то определение фации отраж ает качественны е изм енения в учении о фациях, которы е произош ли в 6 0 -8 0 -е годы прош лого века, когда оно наряду с учением о географ ических условиях образования осадков стало разделом литологии, изучаю щ им причинную связь осадконакопления с определенны м и ф изико-географ ическим и обстановкам и. В таком поним ании отлож ения фации является одним из п ородны х уровней в иерархии организации вещ ества в геологии. Н апом ню мысль, вы сказанную Ю. А. Ж ем чуж никовы м , что весь ход изм енения представлений о фации за последнее столетие является характерны м д ля всей геологии дви ж ени ем от эм пирического пони мания к генетическом у. П оследнее раскры вает происхож дение и историю осадков.
С о д е р ж ан и е п о н я т и я " г е н е т и ч е с к и й т и п п о р о д " . И з приведенного определения терм ина
"фация" следует, что в одной ф ациальной обстановке м огут образоваться один или несколько типов пород. Э тим диктуется необходим ость вы деления более м елкой генетической единицы , чем фация. В таком качестве удобно принимать ге н е т и ч е с к и й т и п по ро д и л и л и т о ге н е т и ч е с к и й т и п : - эт о порода и л и ес т е с т ве н н а я гр уп п а пород, ха р а к т е р и зу ю щ а я с я со в о к уп н о с т ью о пре
д е л е н н ы х г е н е т и ч е с к и х п р и зн а к о в , о т р а ж а ю щ и х у с л о в и я о б р а зо ва н и я о садков [10].
Разрез лю бой фации состоит из литогенетических типов. Л итогенетические типы это этаж и, из которы х состоит фация. В ведение и использование литогенетических типов это - достиж ение российской литологии.
В методе литолого-ф ациального ан али за прин ята си стем а индексации фаций и литогенети ческих типов. Ф ация обозначается буквами. М ною предлож ен а следую щ ая система: первые несколько букв обозначаю т обстановку седиментации. Знаком тире отделена втораячасть индекса, означаю щ ая состав осадков. В литогенетических ти пах циф ры обозначаю т порядковы й номер типа.
П римеры , фация карбонатно-углеродисто-крем нисты х осадков континентального склона - КС -К У К , фация и звестково-песчано-алевритовы х осадков м елкой прибреж ной части ш ельф а - М П М -И П А . Это вы деленны е м ною ф ации ниж него п алеозоя Больш ого К аратау и Байконурского синклинория. И наче обозначал П. П. Т им оф еев фации ю ры Ю ж ной Сибири: фация отлож ений относительно устой чивы х торф яны х болот - ТО У , фация гравийно-галечны х осадков ру сл а горны х рек - АРГ.
М етод литолого-ф ациального анализа предусм атривает детальное изучение следую щ их ген е
тически х признаков:
1. П орода, структура, состав.
2. Текстура.
3. П оверхности напластования.
4. В клю чения и вторичны е новообразования.
5. Ф ауна и флора.
6. М ощ ность.
7. П олож ение в разрезе и на площ ади.
8. К онтакты и переходы .
9. Н аиболее характерны е признаки и отличие от сходны х типов.
П о р о д а, с т р у к т у р а , со став . Само название пород м ож ет говорить об услови ях их ф орм и
рования. Так, образование аргиллитов ассоциируется со спокойной ги дродинам ической обста
новкой. Ц вет породы м ож ет быть генетическим признаком, т.к. часто определяется хим изм ом сре
ды образования. М инеральны й состав и количество органического углерода - ведущ ие факторы, определяю щ ие цвет осадка или породы . П рисутствие ж елеза в закисной форме и органического вещ ества обуславливает серы й и черн ы й цвета, а в окисной - коричнево-красную окраску. С ледо
вательно, красноцветны е гам м ы в больш инстве случаев свидетельствую т об окислительной, а сероцветны е - о восстановительной обстановке осадконакопления и раннего диагенеза.
О кеанские осадки по этом у признаку делятся на две группы: красноцветны е и сероцветны е.
П ервы е характери зую т пелагическую , а вторые - приконтинентальную области. П о м нению 91
Г.-Э. Р ейнека и И. С инха красноцветы м огут ф орм ироваться в обстановках пусты нь и гумидного тропического климата. О кеанские красноцветы являю тся индикаторам и переры вов или крайне медленного осадконакопления в обстановке абиссальной равнины . Ч ерны й цвет породам придает органическое вещ ество, а зелены й - глауконит и хлорит.
С т р укт ур а породы эт о - о со б ен н о ст и ее ст р о ен и я, о п р е д е л я ю щ и е с я в е л и ч и н о й , ф ор м ой и к о л и ч е с т в е н н ы м с о о т н о ш е н и е м к о м п о н е н т о в . П ри изучении описы ваю тся состав, величина, форма, сортировка и окатанность зерен, состав и ти п цемента. Н а этих сведениях основы ваю тся представления о динам ике среды и способе транспортировки.
Окатанность является важ ны м показателем обстановки седиментации. Л учш ую окатанность облом ки п риобретаю т в прибреж ной зоне волнового воздействия с вы сокой энергией волн. Но окатанны е галька и гравий м огут переноситься на больш ие глубины автокинетическим и потокам и и льдам и.
Благодаря прим енению ф изических методов установлен а связь образования аутигенны х минералов с определенны м и ф изико-географ ическим и обстановкам и. В ы явлены структурны е особенности каолинитов, образовавш ихся в разли чн ы х ф и зико-географ ических обстановках.
А утигенны й глаукон и т встречается в ш ельф овы х морях, где отм ечаю тся турбулентность и низкие скорости осадконакопления.
Т е к с т у р а пород. Д ля реставрации обстановок седим ентации из генетических признаков одним из наиболее важ ны х является т е к с т у р а ."^ о д т е к с т ур о й след ует п о н и м а т ь о со б енн ост ь пород, о б у с ло в ле н н у ю вза и м н ы м р а с п о л о ж е н и е м к о м п о н е н т о в , с л а га ю щ и х о п р ед е л ен н ы й об ъ ект и сс лед о ва н и я" [14]. В наш ем случае это пласт породы . В аж ное значение изучению текстур, как одном у из главны х показателей условий осадконакопления, придавали Н. Б. В ассое- вич, Е. В. Д митриева, Ю. А. Ж ем чуж ников, Е. Х. Рединг, автор настоящ ей статьи [10, 11, 15] и др.
Больш ая заслуга в и х изучении принадлеж ит Л. Н. Ботвинкиной [14, 16, 17], которая разработала сн ачала м орф ологическую и наее основе - генетическую классиф икацию текстур.
В текстурном облике пород отраж аю тся все этапы форм ирования и преобразования пород.
П ервичная слоистая текстура возникает в седим ентогенезе и целиком определяется механизм ом ф орм ирования осадка. П ри дальнейш ем превращ ении осадка в породу в текстуре, хотя и находят отраж ение диагенетические и катагенетические процессы , ее первичны й облик сохраняется, а иногда подчеркивается н а стадии метагенеза. С едим ентационная текстура отраж ает преж де всего динам ику среды, в которой образовался осадок. О бразно вы раж аясь, м ож но сказать, что в текстуре породы , как на ф отограф ии с очень дли тельн ой экспозицией, ф иксирую тся д ин ам ика п роцесса седиментации, а затем последую щ ие преобразования [10]. Т екстуры в аспекте эволю ц ии седи- м ентогенеза являю тся надеж ны м генетическим признаком.
Л. Н. Ботви нкин а текстурн ы й анализ вы двинула как сам остоятельны й метод исследования [14]. О на отводила этом у м етоду важ ное значение при ф ациальном анализе и палеогеограф ических реконструкциях. Ф ациально-генетическое направление текстурного анализа является важ ной составной частью литолого-ф ациального анализа. А втор настоящ ей статьи является учеником Л. Н. Ботвинкиной. П од ее руководством во врем я стаж ировки в ГИ Н е А Н ССР я освоил методы литолого-ф ациального и текстурного ан али за и первы м прим енил их для и зучения палеозойских отлож ений складчаты х областей К азахстана. Л. Н. Б отвинкина бы ла соруководителем м оей канди датской диссертации.
Особенно важ ное значение им ею т текстурны е исследования для фациального анализа мощ ны х м онотонны х толщ складчаты х областей [10]. Н аш и м и исследованиям и подтверж дены утверж дения Л. Н. Ботвинкиной, Г.-Э. Рейнека, что каж дая фация характеризуется набором текстур, которы й определяется д иапазоном динам ической изм енчивости условий образования в той или иной обстановке осадконакопления [10, 11].
Горизонтальная слоистость образуется в спокойной обстановке, где отсутствовали волнения и течения. Н еслоисты е текстуры возникаю т при равном ерном накоплении взвеш енны х частиц, либо при вторичном взм учивании [12]. П о текстуре различаю тся отлож ения турбидны х, зерновы х и облом очны х разностей автокинетических потоков.
С лоистость осадочны х пород является слож ны м объектом исследования. С ходны е текстуры встречаю тся в отлож ен и ях разн ы х обстановок. П оэтом у только детальны й анализ всего и х набора
92
Рисунок 4 - Любовь Николаевна Ботвинкина - основатель текстурного анализа во время одного из приездов в Алматы для консультаций. Снято у Свято-Вознесенского собора с супругом Владимиром Николаевичем и с учеником -
автором статьи
Figure 4 - L. N. Botvinkina - founder of structural analysis during one of her visits to Almaty for consultations.
Picture taken at the Svyato-Voznesenscy Cathedral with her husband Vladimir Nikolaevich and with her disciple - author позволяет вы полнить правильную реконструкцию обстановок седиментации. Н а рисунке 5 при
водятся вы явленны е нам и разнообразны е текстуры пород бакы рчикской толщ и, к которой п риурочено стратиф орм ное м есторож дение - гигант Бакы рчик.О ни свидетельствую т о том, что эта рудоносная толщ а образовалась в обстановке континентального поднож ия.
П о в е р х н о с т ь н а п л а с т о в а н и я . П оверхн ости напластования м огут нести различны е признаки, которы е д аю т дополнительны е сведения об обстановке образования осадков. Они м огут быть глад
кими, ровны м и и неровны м и с рябью или отпечатками. Л. Н. Б отвинкина [14] текстуры , встречаю щ иеся на п оверхностях наслоения (позитивны е инегативны е), п одразделила на 4 группы: м ехани
ческого воздействия, биогенны е, хем огенны е и неизвестного или спорного происхож дения. Н а п оверхностях напластования в виде отпечатков встречаю тся гиероглиф ы различного п р ои с
хож дения, возникш ие механическим путем (м еханоглиф ы ) и ли благодаря ж и зн едеятельн ости орга
низм ов (биоглифы ). Знаки ряби течения или волнения встречаю тся в виде волнистой скульптурной поверхности. Рябь волнения, им ею щ ая сим м етричную форму, образуется в обстановке волновы х движ ений, а рябь течения, им ею щ ая асим м етричную форму, соответственно при воздействии теч е
ний. Д ля отлож ений турбидны х, зерновы х и д ебрисовы х потоков характерн а нервная эрозионная ниж няя граница.
Ф а у н а и ф л о р а . Ф аунистические или растительны е остатки являю тся важ ны м признаком ф ациальной принадлеж ности пород. П рисутствие или отсутствие древней фауны или флоры м ож ет указы вать не только н а обстановку осадконакопления, но и на особенности кли м ата и палеогео
графии. П о ф аунистическим остаткам - присутствию эвригалинны х и стеногалинны х форм и геохим ическим особенностям м ож но восстановить особенности х и м и зм а вод п алеобассейна (пресноводны й, норм альносолены й и солоноватоводны й). В п алеоокеанологии по планктонны м организм ам проводится п алеотем пературны й анализ. П ри детальн ы х ф ациальны х исследованиях необходимо использовать элем енты палеоэкологического анализа. В раб о тах М. К. А поллонова, Д. К альо, Х. Э. Н естора и Р. Э. Эйнасто, И. Ф. Н и ки ти на и др. анализ п алеонтологических остатков и спользован д ля восстановления обстан овок осадконакопления раннего палеозоя. П о п редстав
лен и ям К. Бейбина, Р. Роби сон а среди трилобитов наряду с бентосны м и бы ли плаваю щ ие п елаги ческие формы. М. Е. Тейлор [18] по три лобитам в позднем кем брии запада С еверной А м ерики выделил 4 фаунистические субпровинции: внутреннего и внеш него ш ельфа, "верхнего" и "нижнего"
--- 93 ---
Рисунок 5 - Фотографии текстур и литогенетических типов рудовмещающей и рудоносной фаций бакырчикской толщи:
а - Песчаник с включениям неокатанных обломков алевропелитов с неслоистой текстурой неоднородного типа.
Керн. Обр. 79. Макрофация ЩДАП-КП. Отложения зернового потока.
б - Турбидит с последовательностью ТасеА. Бумы и интервалом S2 Д. Лау. В элементе а видна градационная, в - с - конволютная слоистость. Полированный срез керна. Обр. 82. Макрофация ЩДАП-КП.
в - шар оползания (в правой части) и оползневая нарушенная слоистость (в левой части). Текстура оползня вра
щения. Макрофация ЩДАП-КП. Отложения подводных оползней. Полированный срез керна. Обр. 59.
г - нижнюю часть штуфа составляет черный углеродистый алевропелит с неслоистой текстурой однородного типа массивного вида, верхнюю - мелкозернистый турбидит, состоящий из обломочного кварцевого доломита (дололютита) и доломитового алевропелита, с последовательностями Т*А. Бумы и Еь Е2, Е3 Д. Пайпера. В элементах d, Ei видна града
ционная слоистость. Толщина турбидита 2,3-2,6 см. Полированный срез керна. Обр. 57. Макрофация ГЩДГАВУ-КП.
Турбидит отложен из нефелоидного «облака».
д - седиментационная щебневая брекчия с брекчиевой структурой и неслоистой текстурой неоднородного типа, беспорядочного и брекчиевидного видов. Состоит из угловатых обломков чёрных углеродистых алевропелитов и серых дололютитов. Макрофация ГЩДГАВУ-КП. Отложения дебрисового потока. Полированный срез керна. Скв. 24.
е - Эллипсоидальная слоистая арсенопирит-пиритовая конкреция. Макрофация ГЩДГУА-КП. Полированный срез.
Figure 5 - Pictures of the structures and lithogenetic types of ore-hosting and ore-bearing facies Bakyrchik strata
склона. П о Т. Н. К орень остатки граптолитов редки и однообразны по составу на внутреннем ш ельфе, где встречаю тся спорадически. Н аибольш его разнообразия они достигали в ниж ней части континентального склон а и его поднож ии. В отлож ениях п елагических зон они встречаю тся совместно с м ногочисленны м и радиоляриями.
У словия сущ ествования отклады вали характерны е особенности на состав и м орф ологию организмов. М елководны е формы, обитавш ие в обстановке вы сокой ги дродинам ической актив
ности, характеризую тся прочны м и толстостенны м и ракови н ам и с развитой грубой скульптурой.
О билие планктонны х организм ов (радиолярий, граптолитов, конодонтов и беззам ковы х брахио- под) в п ородах является свидетельством их глубоководного генезиса. Г лубоководны е формы
--- 94 ---
обладаю т тонкими, л ом ки м и и более мелким и раковинам и; они беднее видам и и особями. Так, в вы деленной нам и ф ации глинисто-известковы х осадков п риконтинентальной абиссальной р авн и ны - П А Р -Г К в И ш им -К аратауской зоне, содерж атся характерны е органические остатки, состоя
щие из п ланктонны х групп — радиолярий, граптолитов, а такж е тон кораковинны х донн ы х орган и з
мов - беззам ковы х брахиопод и колпачковы х гастропод.
Для п риконтинентальны х м орских и океанских фаций характерно переотлож ение фауны с меньш их глубин н а больш ие автокинетическим и потокам и. П оэтом у, при установлении по фауне обстановок образования осадков необходим о убедиться, что остатки находятся in situ н а месте обитания.
П ри изучении остатков вы ясняется состав фауны, п рисущ ий данной ф ации с и х коли чест
венной оценкой. О тм ечаю тся особенности захоронений, ориентированность удлинений, степень сохранности и вели чи на остатков.
В к л ю ч е н и я и в т о р и ч н ы е н о в о о б р а зо в а н и я . Здесь рассм атриваю тся конкреции, а также новообразования кристаллов пирита, сидери та и д ругих минералов, которы е иногда им ею т идио- м орф ную форму. О ни вы деляю тся в отдельную группу аутигенны х образований. К онкреции яв л я
ю тся одним из признаков лан дш аф тно-палеогеограф ических, геохим ических и палеоклим ати- ческих условий седиментации, стадийности литогенеза. П остоянная приуроченность состава конкреций к определенны м в ф ациальном отнош ении породам свидетельствует, что они являю тся индикатором геохим ической обстановки в диагенезе, черты которой заклады ваю тся на стадии седиментогенеза. А. В. М акедонов разработал литолого-геохим ическую м етодику и зучения кон креций, получивш ую название конкреционны й анализ. Д ля конкрециеобразования благоприятны фациальны е обстановки, характеризую щ иеся: а) более или менее длительны м и ф азам и переры ва или зам едленной седиментации, не сопровож даю щ им ися разм ы вом , с однотипны м геохим ическим реж им ом; б) ясно вы раж енны м и геохим ическим и контактам и (например, вод разн ой солености);
в) точкам и м обилизации, концентрации и вы падения конкрециеобразователей [19].
Д ля фациального ан али за наибольш ее значение им ею т седим ентационны е и раннедиа- генетические конкреции. С едим ентационны е конкреции образую тся н а границе вода — осадок, а раннедиагенетические - в верхнем слое осадков. П ри пелагическом типе океанского седимен- тогенеза, происходящ ем в окислительны х услови ях при м алы х скоростях накопления, кон ц ен трирую тся окисигидратны е соединения ж елеза и м арганца в виде корок и конкреций на стадии седиментогенеза. В аж ная роль в диагенетическом м инералообразовании принадлеж ит орган и чес
ком у вещ еству. П ри разлож ении последнего в осадке п роисходит накопление в и ловы х водах органического углерод а (Сорг). П о данны м В. Т. Ф ролова в ю рских отлож ениях Д агестан а сидери- товы е конкреции приурочены к лагун ны м отлож ениям. П о м нению А. В. М акедонова и П. В. За- рицкого анкеритовы е конкреции бы ваю т приурочены к ф ации п есчаны х отлож ений баров.
О олиты - ш аровидны е образования величиной до 2 мм, состоящ ие из кальцита, окислов ж елеза и марганца. В настоящ ее врем я кальцитовы е оолиты образую тся в услови ях пересы щ ения углекислы м кальцием осадков в обстановке мелкого теплого м оря на средней глубине 7 м с и нтенсивны м движ ением вод на Б агам ских банках, вдоль средизем ном орского побереж ья А ф рики и в П ерсидском заливе.
В едущ им признаком конкреций является и х состав. П ри изучении определяется м инеральны й и хи м и чески й состав конкрециеобразователя, величина и ф орм а конкреций (ш аровидная, элли п соидальная, слоевидная), характер располож ения (одиночны е, цепочковидны е), взаимоотнош ение со слоистостью вм ещ аю щ их пород позволяет установить связь и х образования со стадиям и диагенеза.
М о щ н о с т ь и л и т о л щ и н а о тл о ж ен и й . М ощ ность или более правильно толщ и н а отлож ений ф ации является ф ункцией продолж ительности ф орм ирования и скорости накопления осадков.
О ценка м ощ ности и скорости осадконакопления является важ ны м п ризнаком обстановок седим ентации и используется при фациальном анализе. В одной из первы х м онограф ий по фа- ц иальном у анализу Ю. А. Ж ем чуж никовы м , Л. Н. Ботвинкиной и др. отм ечалось, "что том у или ином у литогенети ческом у типу присущ свой диапазон м ощ ностей, т а или иная типичная м ощ ность" [7, ч. 1, 68], являю щ аяся признаком типа. И. О. М урдм аа [12] отметил, что в соврем ен ном поним ании фации, являясь систем ам и взаим одействия среды и осадочного вещ ества, не им ею т
95
мощ ности. Но мощ ность находит вы раж ение в н их как м ера скорости осадконакопления. Скорость накопления осадков зависит от сум м арного поступления облом очного м атериала, которое оп ре
деляется удаленностью от водосборов, рельеф ом дна, продукцией биогенного материала, гидродинам ических условий осаж дения и захоронения осадков. З а одинаковы й период врем ени в устьевы х частях р ек отлагаю тся толщ и в сотни метров, а иногда несколько километров, а в области прибоя образую тся отлож ения в несколько десятков метров. Д ельтовы е фации, образую щ иесяза счет вы н оса рек, отличаю тся колебанием мощ ностей. Так, фация подводной части дельты в ордовикских отлож ениях Ч у-И лий ских гор, н а расстоянии в 1 км по простиранию изм еняется в толщ ине от 20 до 92 м.
По данны м П. Л. Безрукова и И. О. М урдм аа батиальны е образования, ф орм ирую щ иеся на континентальном склоне иподнож ии, характеризую тся невы держ анной м ощ ностью [20]. П оявление среди н их литогенети чески х типов, образование которы х связано с оползням и и мутьевы м и потокам и, приводит к колебанию толщ ин. Так, в Больш ом К аратау толщ и н а кокбулакской свиты меняется от 3 1 0 -3 1 6 м в Ц ентральном К аратау до 1400 м в Ю го-В осточном К аратау. Ш ельф овы е отлож ения соврем енны х м орей характеризую тся относительно небольш им и толщ и н ам и в десятки и первы е сотни метров. О на возрастает вблизи устьев р ек и во впадинах ш ельфа. К онтинентальное поднож ие характеризуется наибольш им и скоростям и осадконакопления.
А кадем иком А. П. Л исицы ны м предлож ены единицы количественного вы раж ения скорости седим ентации в океанах - мм /1000 лет или м /м лн лет. Это единица Б убнова - Б. В центральны х частях о кеан а скорости колеблю тся от долей Б до 10 Б, редко до 30 Б. В ы сокие значения отм е
чаю тся только по периф ерии океанов. Этим учен ы м введено понятие лавинной седим ентации - процесса очень бы строго накопления осадков [21]. В ы делены три глобальны х ф ациальны х уровня лави нн ой седиментации, которы е приурочены к гипсом етрическим п ерегибам п оверхности Земли.
П ервы й уровень располагается в устьевы х частях рек, второй - у основания континентального поднож ия н а границе континентальной и океанической коры , трети й - н а активны х окраинах в узки х глубоководны х океанических ж елобах с круты м и склонам и [21, 22]. А ккум уляция отло
ж ени й автокинетических потоков п роисходит м гновенно в м асш табе геологического времени. М ы видим, что скорость накопления осадков, которая находит отраж ение в толщ ине отлож ений, яв ляется характерн ой чертой древни х и соврем енны х обстановок осадкообразования и д олж на использоваться при ф ациальном анализе.
П о л о ж е н и е в р а зр е зе и н а п л о щ а д и . П олож ение, какое заним аю т отлож ения ф ации в лю бой последовательности пород, является одним из генетических признаков. Так, литогенетические типы фаций континентального склон а и поднож ия долж ны располагаться м еж ду группам и ш ель
ф овы х и абиссальны х отлож ений. О тлож ения п ереходны х фаций встречаю тся м еж ду м елководн о
морским и и континентальны ми. В тран сгрессивном ряду самы е м елководны е фации располагаю тся в основании, а более глубоководны е - вверхней части, в регрессивной последовательности р ас
полож ение фаций обратное. Н екоторы е фации характеризую тся определенны м полож ением на площ ади. Так, пляж евы е отлож ения образую т узкую полосу меж ду континентальны м и и м ел
ководно-м орским и образованиями.
К о н т а к т ы и п ер ех о д ы . П ри описании разрезов отм ечается характер контактов и переходов с вы ш е- и н иж ележ ащ им и породами. Ю. А. Ж ем чуж никовы м и В. С. Я блоковы м [7] описаны п осте
пенны е переходы , отчетливы е и резкие контакты и контакт разм ы ва. Л. Н. Ботвинкиной [16]
вы делены 2 основны х ти п а п остепенны х переходов: через постепенное изменение пород, когда м атериал соседних слоев постепенно изм еняется по составу или структуре и в другом случае через зону переслаивания, когда один ти п пород п ереходит в д ругой за счет увеличиваю щ егося ко ли ч ества слоев и их толщ ины одной разности пород. П о характеру перехода м ож но судить о причине см ены фаций. В ероятно, в случаях, когд а она связан а с пульсационны м и изм енениям и кли м ата или характера осадочного процесса, переход м еж ду ф ациям и - колебательны й, п роисходит через интервал переслаивания. В случаях, когд а причиной изм енения ф аций является см ен а обстановки седим ентации благодаря погруж ению или перем ещ ению в другую клим атическую зону при дрейфе литосф ерн ы х плит, переход м еж ду ф ациям и бы вает градиентны й и осущ ествляется через п осте
пенное изменение пород.
96
